Selbst wenn man einen Kernreaktor abschaltet, geht er nicht einfach still in die gute Nacht. Tief in seinem Inneren zerfallen langlebige radioaktive Spaltprodukte noch Monate oder Jahre weiter und senden einen schwachen Strom von Antineutrinos aus – die schwersten fassbaren Teilchen des Universums, die durch die Abschirmung des Reaktors dringen wie ein höflicher Geist durch eine Wand.

Nun hat die Double-Chooz-Kollaboration zum ersten Mal diese anhaltende Antineutrino-Emission gemessen, wie in Physical Review Letters berichtet. Unter der Leitung von Anthony Onillon und Thierry Lasserre vom Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg zeigt die Forschung, dass Antineutrino-Detektoren Reaktoren auch dann ausspionieren können, wenn sie abgeschaltet sind, was möglicherweise neue Möglichkeiten für Überwachung, Sicherheit und Schutzmaßnahmen eröffnet.

Die Messung fand im Kernkraftwerk Chooz in Nordfrankreich statt, wo der Double-Chooz-Detektor unterirdisch etwa 400 Meter von den beiden Reaktorkernen der Anlage entfernt liegt. Der Detektor enthält über 30 Kubikmeter flüssigen Szintillator, der aufblitzt, wenn ein Antineutrino wechselwirkt – ein seltenes Ereignis, aber mit einer charakteristischen Doppel-Licht-Signatur, die es von Hintergrundrauschen unterscheidet.

Über 17,2 Tage Beobachtung bei vollständig abgeschalteten Reaktoren registrierte der Detektor etwa 100 Antineutrino-Kandidatenereignisse, die mit der Restradioaktivität in den Kernen und den nahe gelegenen Abklingbecken für abgebrannte Brennelemente in Verbindung stehen. Das Signal stimmte mit detaillierten Simulationen überein, die den verbleibenden Kernbrennstoffbestand und den Zerfall langlebiger Spaltprodukte berücksichtigten, und lieferte die erste direkte experimentelle Bestätigung von Vorhersagen über Abschaltemissionen.

„Bisher konzentrierten sich Reaktor-Antineutrino-Experimente hauptsächlich auf in Betrieb befindliche Reaktoren, wo der Antineutrino-Fluss viel größer ist“, bemerkt Dr. Onillon. „Die winzige Reststrahlung nach der Abschaltung zu erkennen, erforderte außergewöhnlich niedrige Hintergrundwerte und sorgfältige Analysetechniken, die die Double-Chooz-Kollaboration über viele Jahre entwickelt hat.“

Andere Experimente wie JUNO-TAO folgen bereits diesem Beispiel und nutzen Reaktor-Aus-Daten, um Antineutrinos aus abgebrannten Brennelementen zu untersuchen. TAO arbeitet daran, die schwache Emission zu isolieren, aber Double Chooz hat nun den ersten veröffentlichten Maßstab für dieses gespenstische Glühen geliefert.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Antineutrino-Detektoren den Reaktorstatus unabhängig bestätigen und den Bestand an abgebrannten Brennelementen verfolgen könnten, selbst während Wartungsarbeiten oder nach der Abschaltung. Double Chooz, ursprünglich gebaut, um Neutrino-Oszillationen zu untersuchen und den Mischungswinkel θ13 zu messen, hat seiner Bilanz eine weitere Premiere hinzugefügt: das schwache Neutrino-Glühen einzufangen, nachdem ein Reaktor dunkel geworden ist. Denn wer liebt nicht eine gute Geistergeschichte mit wissenschaftlichem Twist?