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Der SNO+-Detektor 2 Kilometer tief in einer Mine in Ontario, Kanada. Das Bild zeigt die Seile, die das mit 1.000 Tonnen Wasser gefüllte Acrylgefäß mit einem Durchmesser von 12 m halten, und die Lichtsensoren, die winzige Lichtmengen aus Neutrino-Wechselwirkungen erfassen. Bildnachweis: Bild mit freundlicher Genehmigung der SNO+ Collaboration
Das SNO+-Experiment hat zum ersten Mal die Fähigkeit demonstriert, Neutrinos, die von einem mehr als 240 km entfernten Kernreaktor emittiert werden, mit klarem Wasser nachzuweisen.
Die Wissenschaft
Neutrinos sind subatomare Teilchen, die eine äußerst schwache Wechselwirkung mit Materie zeigen. Sie entstehen durch verschiedene Arten radioaktiven Zerfalls, beispielsweise im Sonnenkern und in Kernreaktoren. Darüber hinaus ist es unmöglich, Neutrinos zu blockieren; Sie können mühelos vom Kern eines Kernreaktors zu einem entfernten Detektor gelangen und sogar die Erde selbst durchdringen.
Um die winzigen Signale von Neutrinos zu erfassen, sind daher Geräte von immenser Größe und hoher Empfindlichkeit erforderlich. Das SNO+-Experiment hat kürzlich gezeigt, dass ein lediglich mit Wasser gefüllter Detektor Reaktorneutrinos nachweisen kann, obwohl die Neutrinos im Detektor nur winzige Signale erzeugen.
Der Aufprall
Die SNO+-Messung zeigt, dass entfernte Kernreaktoren mit etwas so Einfachem und Kostengünstigem wie Wasser beobachtet und überwacht werden können. Reaktoren können die von ihnen produzierten Neutrinos nicht abschirmen. Damit ist die Messung von SNO+ ein Beweis für die Idee, dass solche Wasserdetektoren eine Rolle bei der Gewährleistung der nuklearen Nichtverbreitung spielen könnten.
Wie SNO+ müssten solche Detektoren immer noch sehr frei von jeglicher Radioaktivität sein, groß (SNO+ enthält 1.000 Tonnen Wasser) und in der Lage sein, die winzige Lichtmenge zu erfassen, die die Neutrinos erzeugen. Durch die Verwendung von Wasser sind jedoch sehr große Detektoren möglich und eine echte Option, um auch weit entfernte Reaktoren zu „sehen“.
Zusammenfassung
Wissenschaftler gingen lange davon aus, dass die winzigen Signale (nur 10–20 Photonen), die von Reaktorneutrinos in einem Wasserdetektor erzeugt werden, es unmöglich machen würden, diese Neutrinos zu erkennen, insbesondere wenn der Detektor weit vom Reaktor entfernt war und die Rate dieser Signale sehr gering war .
Durch die Sicherstellung, dass der Detektor frei von auch nur Spuren von Radioaktivität war, und durch die Tatsache, dass der Energieschwellenwert niedriger war als bei jedem jemals gebauten Wasserdetektor, konnte SNO+ diese Signale erkennen und nachweisen, dass sie von Kernreaktoren in einer Entfernung von mindestens 240 Kilometern (150 Meilen) stammten ) ) weg. Die Messung war immer noch recht schwierig, da Hintergründe (Scheinereignisse) von Restradioaktivität und von Neutrinos, die durch kosmische Strahlung in der Atmosphäre erzeugt wurden, identifiziert und entfernt werden mussten.
Wassermelder haben mehrere Vorteile. Sie sind kostengünstig und können sehr groß sein, was sie für die Überwachung von Reaktoren über internationale Grenzen hinweg nützlich macht. Verbesserungen dieser Überwachung, einschließlich der Verwendung wasserbasierter Flüssigszintillatoren oder der „Beladung“ des Wassers mit Gadolinium, die beide die Signalgröße erhöhen würden, werden von anderen Kooperationen getestet.
Referenz: „Evidence of Antineutrinos from Distant Reactors Using Pure Water at SNO+“ von A. Allega et al. (The SNO+Collaboration), 1. März 2023, DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.091801
This work is from the SNO+ Collaboration, an international collaboration of roughly 100 scientists from the United States (the University of Pennsylvania, the University of California at Berkeley and Lawrence Berkeley National Laboratory, the University of California at Davis, Brookhaven National Laboratory, Boston University, and the University of Chicago), Canada, the United Kingdom, Portugal, Germany, China, and Mexico. SNO+ is located in SNOLAB, the Canadian underground laboratory.
SNO+ is funded by the Department of Energy Office of Science, Office of Nuclear Physics and has received funding from the National Science Foundation and the Department of Energy National Nuclear Security Administration through the Nuclear Science and Security program. Funding in Canada comes from Canada Foundation for Innovation, Natural Sciences and Engineering Research Council, Canada Institute for Advanced Research, Queens University, the Ontario Ministry of Research, Innovation and Science, the Alberta Science and Research Investments Program, the Federal Economic Development Initiative for Northern Ontario, and the Ontario Early Researcher Awards. In the United Kingdom, funding has come from the Science and Technology Facilities Council, the European Union’s Seventh Framework Programme under the European Research Council grant agreement, and the Marie Curie grant agreement. Funding has also come from the Fundaçáo para a Ciência e a Tecnologia (FCT-Portugal), the Deutsche Forschungsgemeinschaf in Germany, DGAPA-UNAM and Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología in Mexico, and Discipline Construction Fund of Shandong University in China.
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