العلماء يلتقطون أخيرًا التوهج الشبحى لمفاعل نووى (لا، إنها ليست محطة طاقة مسكونة)

حتى بعد إيقاف تشغيل مفاعل نووى، لا يهدأ بهدوء إلى تلك الليلة السعيدة. ففى أعماق قلبه، تستمر نواتج الانشطار الإشعاعية طويلة العمر فى الاضمحلال لأشهر أو سنوات، باعثة تيارًا خافتًا من النيوترينوات المضادة - أكثر الجسيمات مراوغة فى الكون، والتى تمر عبر دروع المفاعل مثل شبح مهذب عبر جدار.

الآن، ولأول مرة، قام تعاون Double Chooz بقياس هذا الانبعاث الشبحى المتبقى من النيوترينوات المضادة، كما ورد فى Physical Review Letters. بقيادة أنتونى أونيلون وتييرى لاسير من معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية (MPIK) فى هايدلبرغ، ألمانيا، يكشف البحث أن كاشفات النيوترينو المضادة يمكنها التجسس على المفاعلات حتى عندما تكون متوقفة عن العمل، مما قد يخلق فرصًا جديدة للمراقبة والسلامة والضمانات.

تم القياس فى محطة تشوز للطاقة النووية فى شمال فرنسا، حيث يقع كاشف Double Chooz تحت الأرض على بعد حوالى 400 متر من قلبى المفاعل. يحتوى الكاشف على أكثر من 30 مترًا مكعبًا من وميض سائل، والذى يومض عندما يتفاعل نيوترينو مضاد - وهو حدث نادر، لكن له بصمة ضوئية مزدوجة مميزة تميزه عن الضوضاء الخلفية.

على مدى 17.2 يومًا من الملاحظات مع إيقاف تشغيل كلا المفاعلين تمامًا، سجل الكاشف حوالى 100 حدث مرشح لنيوترينو مضاد مرتبط بالنشاط الإشعاعى المتبقى فى القلوب وحمامات تبريد الوقود المستهلك القريبة. تطابق الإشارة مع عمليات المحاكاة التفصيلية التى تأخذ فى الاعتبار مخزون الوقود النووى المتبقى واضمحلال نواتج الانشطار طويلة العمر، مما يوفر أول تأكيد تجريبى مباشر للتوقعات حول انبعاثات الإيقاف.

"حتى الآن، ركزت تجارب النيوترينو المضاد للمفاعلات بشكل أساسى على المفاعلات العاملة، حيث يكون تدفق النيوترينو المضاد أكبر بكثير،" يلاحظ الدكتور أونيلون. "تتطلب اكتشاف الإشارة المتبقية الصغيرة بعد الإيقاف خلفيات منخفضة للغاية وتقنيات تحليل دقيقة طورها تعاون Double Chooz على مدى سنوات عديدة."

تجارب أخرى، مثل JUNO-TAO، تحذو حذوها بالفعل، باستخدام بيانات إيقاف المفاعل لدراسة نيوترينوات الوقود المستهلك. يعمل TAO على عزل الانبعاث الضعيف، لكن Double Chooz قدم الآن أول معيار منشور لهذا التوهج الشبحى.

تشير النتائج إلى أن كاشفات النيوترينو المضادة يمكنها تأكيد حالة المفاعل بشكل مستقل وتتبع مخزونات الوقود المستهلك، حتى أثناء الصيانة أو بعد الإيقاف. Double Chooz، التى بنيت فى الأصل لدراسة تذبذبات النيوترينو وقياس زاوية الخلط θ13، أضافت أولًا آخر إلى سيرتها الذاتية: التقاط توهج النيوترينو الخافت بعد أن يظلم المفاعل. لأن من لا يحب قصة شبح جيدة بلمسة علمية؟