Bilim dünyası, kapatılmış nükleer reaktörlerin sessizliğinden gelen olağanüstü bir keşfi konuşuyor. Adeta hayalet parçacıklar olarak bilinen ve maddeyle neredeyse hiç etkileşime girmeyen nötrinoların kardeşleri olan antinötrinoların, durdurulmuş nükleer reaktörlerin içindeki zayıf enerjili ışıltısı ilk kez ölçüldü. Bu gelişme, nükleer santrallerin güvenliğini artırma potansiyeli taşıyor.
Max Planck Fizik Enstitüsü'nden (MPIK) fizikçilerin öncülüğündeki araştırmacılar, Fransa'daki Double Chooz işbirliğiyle gerçekleştirdikleri deneylerde, Fransa'daki nükleer reaktörlerin kapanmasının ardından ortaya çıkan elektron antinötrinolarının bu zayıf ve gizemli parıltısını başarıyla tespit etti. Daha önce teorik olarak öngörülen ancak hiç ölçülmeyen bu akış, artık deneysel olarak doğrulandı.
Bu alandaki deneylerin genellikle çalışan reaktörlere odaklandığını belirten araştırmacılar, "Şimdiye kadar reaktör antinötrino deneyleri çoğunlukla çalışan reaktörlere odaklanmıştı, çünkü antinötrino akışı çok daha büyüktü," dedi. "Kapanma sonrası oluşan küçük kalıntı sinyali tespit etmek, olağanüstü derecede düşük arka plan seviyesi ve yıllar boyunca geliştirilen dikkatli analiz teknikleri gerektiriyordu."
Double Chooz deneyi, 2011-2017 yılları arasında Fransa'nın kuzeyindeki Chooz Nükleer Santrali'nde üretilen devasa miktardaki antinötrino akışını inceledi. Deneyde, santralin iki reaktöründen ortalama 400 ve 1.050 metre uzaklıkta yer alan iki yer altı dedektörü kullanıldı. Bu dedektörler, makroskobik dünyada anlaşılması güç bir özelliği incelemek için tasarlandı.
Nötrinolar ve antinötrinolar, seyahatleri sırasında 'salınım' adı verilen bir süreçle tür değiştirirler. Ancak fizikçiler antinötrinoları doğrudan 'göremezler'; varlıklarını ancak özenle tasarlanmış dedektörlerde diğer parçacıklarla etkileşimlerinden yola çıkarak anlayabilirler.
Bir antinötrino, Double Chooz dedektöründeki 'sıvı sintilatör' içindeki bir protonla çarpıştığında, bir nötron ve bir pozitron (elektronun antimadde karşılığı) üretilir. Pozitron anında çevredeki bir elektronla yok olarak sintilatörün yardımıyla bir ışık parlamasına neden olur. Ardından nötron, sintilatördeki gümüşi ve nadir bulunan bir element olan gadoinyum tarafından yakalanır ve ikinci bir ışık parlaması üretir. Bu iki aşamalı ışık sinyali, antinötrino olayının doğrulanması için bir tür 'iki faktörlü kimlik doğrulama' görevi görür.
Bu olaya ters beta bozunumu (IBD) adı verilir ve uranyum ile plütonyum gibi elementlerin fisyonu sırasında reaktörlerde yoğun olarak gerçekleşir. İnsan yapımı antinötrinoların en büyük kaynağını oluşturan bu akışın takibi, nükleer güvenliğin bilgilendirilmesi ve yakıt malzemelerinin bileşiminin analiz edilmesi açısından paha biçilmez olabilir.
Bu çalışmada, araştırmacılar istenen kalıntı emisyon sinyalinin zirve yapması beklenen enerji aralığında bir IBD olayı fazlalığı gözlemledi. Her iki Chooz reaktör çekirdeğinin kapalı olduğu 17.2 günlük gözlem süresi boyunca, araştırmacılar ölçülen ve beklenen antinötrino olayları arasında "çok iyi bir uyum" buldu: 88 ±7 beklenen olaya karşılık 106 ±18 olay ölçüldü. Bu değer, reaktör çekirdeği çalışması sırasındaki akış sinyalinin %1'inden azını temsil edebilir.
Bu tekniğin hassasiyeti hala geliştirilebilir. Araştırmacılar, akıştaki büyük değişikliklere duyarlı olsa da, birkaç harcanmış yakıt grubunun kaybolup kaybolmadığını söyleyemeyebileceğini belirtiyor. Bununla birlikte, bu çalışma, gelecekteki nükleer güvenlik standartlarını bilgilendirebilecek doğrudan ve müdahalesiz nükleer testler için değerli bir kavram kanıtı sunuyor.
