과학자들이 마침내 원자로의 유령 같은 잔광을 포착하다 (아니, 그것은 유령이 나오는 발전소가 아니다)

원자로를 꺼도 조용히 사라지지 않는다. 원자로 내부 깊숙한 곳에서는 수명이 긴 방사성 핵분열 생성물이 수개월 또는 수년 동안 계속 붕괴하며, 우주에서 가장 파악하기 어려운 입자인 반중성미자를 희미하게 방출한다. 이 입자는 벽을 통과하는 예의 바른 유령처럼 원자로 차폐를 통과한다.

이제 Double Chooz 협력단이 처음으로 이 잔류 반중성미자 방출을 측정했다. Physical Review Letters에 보고된 이 연구는 독일 하이델베르크의 막스 플랑크 핵물리학 연구소(MPIK)의 Anthony Onillon과 Thierry Lasserre가 이끌었다. 이 연구는 반중성미자 검출기가 원자로가 꺼져 있을 때도 원자로를 감시할 수 있음을 보여주며, 모니터링, 안전, 안전 조치에 새로운 기회를 열어줄 수 있다.

측정은 프랑스 북부의 Chooz 원자력 발전소에서 이루어졌다. Double Chooz 검출기는 두 원자로 노심에서 약 400m 떨어진 지하에 있다. 검출기에는 30입방미터 이상의 액체 섬광체가 들어 있으며, 반중성미자가 상호작용할 때 빛을 낸다. 이는 드문 사건이지만 배경 잡음과 구별되는 특징적인 이중 빛 신호를 보인다.

두 원자로가 모두 완전히 정지된 상태에서 17.2일 동안 관찰한 결과, 검출기는 노심과 인근 사용후연료 냉각 풀의 잔류 방사능과 관련된 약 100개의 반중성미자 후보 사건을 기록했다. 이 신호는 남은 핵연료 재고와 수명이 긴 핵분열 생성물의 붕괴를 고려한 상세한 시뮬레이션과 일치했으며, 정지 후 방출에 대한 예측을 처음으로 직접 실험적으로 확인했다.

"지금까지 원자로 반중성미자 실험은 주로 가동 중인 원자로에 초점을 맞추었으며, 그곳에서는 반중성미자 플럭스가 훨씬 더 큽니다."라고 Onillon 박사는 말한다. "정지 후의 미세한 잔류 신호를 검출하려면 매우 낮은 배경과 Double Chooz 협력단이 수년에 걸쳐 개발한 세심한 분석 기술이 필요했습니다."

JUNO-TAO와 같은 다른 실험들도 이미 원자로 정지 데이터를 사용하여 사용후연료 반중성미자를 연구하고 있다. TAO는 약한 방출을 분리하기 위해 노력하고 있지만, Double Chooz는 이 유령 같은 빛에 대한 첫 번째 공식 벤치마크를 제공했다.

이 발견은 반중성미자 검출기가 원자로 상태를 독립적으로 확인하고 사용후연료 재고를 추적할 수 있음을 시사한다. 유지보수 중이거나 정지 후에도 가능하다. 원래 중성미자 진동을 연구하고 혼합각 θ13을 측정하기 위해 건설된 Double Chooz는 이제 원자로가 어두워진 후의 희미한 중성미자 빛을 포착하는 또 다른 첫 번째 성과를 추가했다. 과학적 반전이 있는 좋은 유령 이야기를 누가 싫어하겠는가?