На Нововоронежской АЭС установят нейтринный детектор

На Нововоронежской АЭС появится детектор нейтрино. Установку, созданную при участии Объединенного института ядерных исследований, сначала испытают на исследовательском реакторе во Франции, а затем перевезут на НВАЭС. Начальник научно- экспериментального отдела ядерной спектроскопии и радиохимии ОИЯИ Евгений Якушев объясняет, зачем изучать нейтрино, да еще и на атомной станции.

Томограф для реактора

Изучать нейтрино важно в первую очередь для развития фундаментальной науки. Фундаментальная наука позволяет развить технологии, которые потом могут найти применение в больших детекторах. Иногда не сразу известно, как те или иные результаты исследований использовать в практике. Но они всегда находят применение. Если бы фундаментальная наука не развивалась в начале ХХ века, у нас не было бы ни мобильной связи, ни телевизоров, ни компьютеров. Если бы у Максвелла спросили: «Зачем вы пишете свои уравнения, кому это может помочь?», вряд ли он ответил бы: «Знаете, через 100 лет создадут установки, через которые можно разговаривать на расстоянии».

Частицы помогают нам получить информацию об объектах, которые изучать другими способами очень сложно. Например, внутреннее строение Солнца. Дело в том, что нейтрино обладает огромной проникающей способностью. Чтобы долететь до нас из центра Солнца, фотону требуется несколько тысяч лет — большая часть времени уходит на то, чтобы добраться из центра к поверхности Солнца. Нейтрино же преодолевает это расстояние всего за восемь минут. Регистрируя эти потоки, их интенсивность и некоторые характеристики нейтрино, мы узнаем, что происходит в центре Солнца прямо сейчас, какие реакции. Сделать это можно только при помощи нейтрино.

На Земле самые сильные источники — энергетические и исследовательские реакторы. Возле них удобно устанавливать детекторы. Изучение нейтрино будет полезно и самому реактору — можно наблюдать за его работой: какие внутри изотопы, есть ли плутоний, как выгорает топливо и т. д. По сути, нейтринные детекторы — это такой томограф для реактора.

Изучением нейтрино занимаются исследовательские группы и научные институты по всему миру. Мы в этой сфере работаем довольно давно, сейчас ведем несколько экспериментов на Калининской АЭС. Например, эксперимент DANSS по детектированию обратного бета-распада для поиска осцилляций в стерильное нейтрино и дистанционного наблюдения за работой реактора в режиме реального времени.

Поиски темной материи

В основе нашей новой установки лежит принцип когерентного рассеяния нейтрино. В ходе этого процесса нейтрино взаимодействуют не с отдельными кварками или нуклонами, а с ядром. Такое взаимодействие происходит гораздо чаще остальных. Установка называется «Рикошет» — то есть нейтрино взаимодействует с ядром, рикошетит на нем, и результаты этого мы планируем детектировать. «Рикошет» будет создан на базе детектора темной материи эксперимента «Эдельвейс».

В 2005 году ОИЯИ присоединился к международному проекту «Эдельвейс», который проводила международная коллаборация Франции и Германии. В то время мы были первыми и единственными в России, кто вообще занимался темной материей. Направление развивалось очень успешно, и пять — семь лет назад удалось достичь уровня чувствительности, при котором мы можем измерять совсем низкие энергии ядер отдачи в кристаллах германия — ниже 100 эВ.

Схема основной части «Рикошета»

Принцип работы детекторов темной материи для «Эдельвейса» основан на болометрической технике измерений, когда измеряются маленькие изменения температуры на очень низких уровнях. Для этого нужны детекторы со специальными криогенными установками.

Как только в этом эксперименте удалось создать детекторы, которые смогли работать в очень низких областях энергий, возникла идея использовать их для изучения нейтрино. Ведь нейтрино, как и частицы темной материи, слабо взаимодействуют с веществом и могут быть зарегистрированы только в особых условиях. Конечно, задачи регистрации темной материи и нейтрино немного отличаются — для частиц темной материи изучаемый диапазон энергий довольно широкий, до десятков килоэлектронвольтов, а в случае когерентного рассеяния нейтрино нужно исследовать очень низкую область, порядка 1 кэВ.

Сначала — во Францию

Первый этап эксперимента будет проводиться на исследовательском реакторе во Франции, так как все эти детекторы производят французские институты. Для «Рикошета» ОИЯИ совместно с французской Cryoconcept создал и уже поставил криогенную систему. Сейчас в установку будут интегрировать детекторы. Кроме того, мы создали и поставили систему защиты от космического излучения.

Начало исследований и настройку детектора важно провести именно на исследовательском реакторе, так как у него циклы работы гораздо короче: 50 дней работает, 50 дней — нет. Это удобно, ученым нужны «передышки»: когда потоки нейтрино останавливаются, можно замерить фоновые сигналы и убедиться, что регистрируемые частицы летят из работающего реактора, а не откуда-то еще. Энергетический реактор останавливается редко — только в периоды ремонта и перезагрузки топлива. После экспериментов во Франции установку перевезут в Россию, на Нововоронежскую АЭС.

Кроме основного детектора в эксперименте предполагается дополнительный, независимый, который будет проводить измерения другим хорошо изученным способом. Вспомогательный детектор может быть основан на детектировании обратного бета-распада протона. Это позволит контролировать установку и таким образом повышать точность измерений. Поэтому параллельно работам во Франции мы в ОИЯИ создаем дополнительный, сателлитный детектор. Надеемся закончить в этом году.

К исследованиям планируем привлекать студентов Воронежского госуниверситета, сейчас работаем над трехсторонним соглашением с вузом и НВАЭС. Фундаментальная наука в России и в мире должна иметь огромный образовательный потенциал. Студенты- физики после университета не все пойдут в науку, они пойдут в промышленность или еще куда-то. Но важно, чтобы во время обучения они соприкасались с самыми современными технологиями.

Поделиться
Есть интересная история?
Напишите нам
Читайте также:
События Технологии
«Атомэнергомаш» внедрил новую систему мониторинга оборудования
Федеральный номер «Страна Росатом» N°36 (548)
Скачать
Федеральный номер «Страна Росатом» N°36 (548)

День работника атомной промышленности: ​главное — стр. 4

З0 лет совершенства: эволюция защиты АЭС — стр. 10

Профессия — ​сверяем ожидания с реальностью — стр. 12

Скачать
Люди
Ракетка дальнего действия: как атомщица стала чемпионкой в 42 года
Синхроинфотрон
Глазами Карика и Вали: фотоохота в окрестностях Балаковской АЭС
Синхроинфотрон
«Не будет воли — ничего не будет»: в «Росатоме» обсудили формулу таланта
События
«Росэнергоатом» начал строительство центра обработки данных в Татарстане
Показать ещё