반물질을 이용해 핵 방사선 탐지

핵분열로는 세계 여러 지역의 핵심 전력원으로 작용하며, 전 세계 전력 용량은 2050년까지 거의 두 배로 증가할 것으로 예상됩니다. 그러나 한 가지 문제는 핵로가 핵무기용 물질을 만드는 데 사용되는지 여부를 분별하는 것이 어렵다는 것입니다. 반물질 입자를 포획하고 분석하는 것은 수백 마일 떨어진 곳에서도 특정 원자로 작동이 발생하는지 모니터링하는 데 유망한 것으로 나타났습니다.

AIP 출판사에서 발행하는 AIP Advances 에 따르면, 셰필드 대학과 하와이 대학의 연구자들은 원자로에서 방출되는 반중성미자를 감지하고 분석하는 감지기를 개발했습니다.

윌슨 등이 설계한 검출기는 반중성미자를 감지하고 수 마일 떨어진 곳에서도 에너지 프로파일을 분석하여 원자로 활동을 모니터링할 수 있습니다.

저자인 스티븐 윌슨은 "이 논문에서 우리는 먼 거리에서 핵분열로의 입자 방출 에너지를 측정하는 데 사용할 수 있는 검출기 설계를 테스트합니다."라고 말했습니다.

"이 정보는 원자로가 존재하는지 여부와 작동 주기를 알려줄 뿐만 아니라 원자로가 얼마나 멀리 떨어져 있는지도 알려줄 수 있습니다."

중성미자는 질량이 거의 0에 가까운 무전하 기본 입자이고, 반중성미자는 중성미자의 반물질 대응 입자로, 대부분 핵반응 중에 생성됩니다.

이러한 반입자를 포획하고 에너지 수준을 분석하면 운영 주기부터 사용후핵연료의 특정 동위 원소까지 모든 것에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.

이 그룹의 검출기 설계는 체렌코프 복사를 이용합니다. 체렌코프 복사는 빛보다 빠르게 움직이는 대전 입자가 특정 매질을 통과할 때, 음속 장벽을 통과할 때 발생하는 소닉 붐과 유사한 방사선이 방출되는 현상입니다.

이것은 또한 원자로에서 으스스한 푸른 빛을 내는 원인이며 천체물리학 연구실에서 중성미자를 감지하는 데 사용되기도 했습니다.

연구진은 영국 북동부에서 장치를 조립하고 영국 전역과 프랑스 북부의 원자로에서 반중성미자를 감지하는 방안을 제안했습니다.

그러나 한 가지 문제는 상층 대기와 우주에서 온 반중성미자가 신호를 흐릿하게 만들 수 있다는 것입니다. 특히 매우 멀리 떨어진 원자로에서는 하루에 단 하나의 반중성미자 정도에 해당하는 매우 작은 신호가 생성됩니다.

이를 설명하기 위해, 연구팀은 지하 1km 이상 깊은 광산에 탐지기를 설치하는 방안을 제안했습니다.

"이러한 입자를 구별하는 것도 상당한 분석 과제이며, 에너지 스펙트럼을 측정하는 데는 비현실적으로 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다."라고 윌슨은 말했습니다.

"여러 면에서 제가 가장 놀란 점은 이것이 실제로 불가능하지 않다는 것입니다."

윌슨은 이 검출기가 반중성미자를 사용해 원자로를 모니터링하는 방법에 대한 논의를 더욱 활성화하기를 바라고 있습니다. 여기에는 사용후핵연료의 반중성미자 스펙트럼을 측정하거나 원자로에 더 가깝게 사용할 수 있는 소형 검출기를 개발하는 것이 포함됩니다.


출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241001124604.htm

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