» Материалы за 11.08.2017
Сортировать статьи по: дате | популярности | посещаемости | комментариям | алфавиту

Открыт новый тип взаимодействия нейтрино с веществом. Что дальше? - сайт НИЯУ МИФИ

Автор: admin от 11-08-2017, 12:53
  • 0

В журнале Science появилась статья, в которой сообщается об открытии эффекта когерентного упругого рассеяния нейтрино на ядрах, теоретически предсказанного 43 года назад. Эксперимент поставлен научной коллаборацией COHERENT, в состав которой входят 80 физиков из 19 институтов и университетов четырёх стран. Российскую Федерацию в этом эксперименте представляют физики Лаборатории экспериментальной ядерной физики Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" и Института теоретической и экспериментальной физики НИЦ "Курчатовский институт".

Когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядрах играет важную роль в эволюции Вселенной. Это квантовый эффект, который сильнее всего проявляется тогда, когда длина волны нейтрино сравнима с размером атомного ядра. Поэтому эксперимент ставится с нейтрино относительно низких энергий (не более нескольких десятков МэВ) на детекторе-мишени с большим размером ядра (большим атомным номером). Вероятность эффекта пропорциональна квадрату числа нейтронов в ядре. Цена, которую приходится платить за относительно большую вероятность такого процесса – чрезвычайно маленькая энергия ядра отдачи, то есть очень слабый сигнал.

 

Российскими физиками для постановки эксперимента по обнаружению этого эффекта был специально разработан и построен уникальный сверхчувствительный нейтринный детектор нового поколения РЭД-100 с 200 кг жидкого ксенона в качестве рабочего вещества. Первоначальный план эксперимента предполагал совмещение лучшего "ловца нейтрино" (РЭД-100) с лучшим "поставщиком нейтрино" (ускорительной установкой Spallation Neutron Source Оак-Риджской национальной лаборатории США). Однако по совокупности не зависящих от учёных причин РЭД-100 так и не поехал в США и тогда, для регистрации нейтрино был задействован более простой детектор, применение которого, тем не менее, привело к наблюдению эффекта. 

 

фото в текст.jpg

 

Что же теперь? В России будет бездействовать самый продвинутый нейтринный детектор? Поясняет заведующий Лабораторией экспериментальной ядерной физики НИЯУ МИФИ, профессор Александр Болоздыня: "Мы изначально планировали постановку эксперимента с РЭД-100 в потоке нейтрино от энергетического реактора Калининской атомной электростанции. Однако в результате общения с нашими коллегами из коллаборации COHERENT появилось намерение воспользоваться SNS, так как постановка эксперимента с импульсным источником нейтрино удобнее для первоначального наблюдения эффекта. Но теперь, когда получено доказательство существования эффекта, стоит задача более детального исследования эффекта в чистом потоке электронных антинейтрино от ядерного реактора. Кроме того, открывается перспектива важного практического применения такого рода детекторов, что дополнительно требует специального изучения".

Почему российские физики из МИФИ изменили свое намерение впервые увидеть столкновения ядер с нейтрино на реакторе Калининской атомной электростанции? Может, это связано с потоком нейтрино на SNS? Нет, поток нейтрино на реакторе Калининской атомной электростанции гораздо мощнее. Однако американская установка позволяла легче отделить сигнал от фона, так как поток нейтрино в ней носит импульсных характер. Это можно сравнить с поиском дома на улице незнакомого города: все дома на первый взгляд одинаковы, а точного адреса у вас нет. Зато известно время, за которое вы должны доехать до нужного объекта, что в значительной степени облегчает задачу поиска нужного дома.

 

При всех достоинствах SNS как источника нейтрино, у этой установки есть и существенный недостаток. Он заключается в том, что там рождаются три разных типов нейтрино (мюонные нейтрино и антинейтрино и электронные нейтрино), а с каким именно происходит исследуемое взаимодействие, понять очень трудно. Другое дело ядерный реактор - он производит нейтрино только одного типа (электронные антинейтрино), причем на SNS этих нейтрино практически нет. Задача ближайшего времени понятна: поставить супер-чувствительный нейтринный детектор РЭД-100 в поток нейтрино от энергетического реактора Калининской атомной электростанции и понять, какие именно типы взаимодействий свойственны такому типу нейтрино.

 

Кроме чисто научного интереса, есть другие интересные возможности применения детекторов такого типа.

"С помощью детекторов типа РЭД-100 можно независимо контролировать содержание плутония-239 в активной зоне реактора, не "залезая" в атомный реактор. Допустим, российское руководство договорилось о том, чтобы построить АЭС в другой стране. Кроме реактора, мы поставляем туда топливо и забираем отработанное. При этом сторона, эксплуатирующая АЭС, обязуется не трогать ядерное топливо. До настоящего времени нам ничего не оставалось, как только верить той стороне на слово. Теперь же мы можем представить, что с помощью нейтринного детектора типа РЭД-100, можно дистанционно контролировать состояние активной зоны реактора и следить за содержанием накапливающегося в отработанном топливе плутония-239, чрезвычайно эффективного для создания ядерного оружия. Тем самым будут поддержаны международные усилия по обеспечению режима нераспространения ядерного оружия, — поясняет Александр Болоздыня — Если произойдет несанкционированное изъятие плутония-239, с помощью детектора это будет неизбежно обнаружено. Представители МАГАТЭ очень заинтересовались нашей разработкой и ждут продолжения работ в этом направлении".

 

Источник: НИЯУ МИФИ.

Физики увидели эффект рассеяния нейтрино на ядре атома - Эхо Москвы

Автор: admin от 11-08-2017, 12:52
  • 0

В международном эксперименте с российским участием удалось наблюдать соударение нейтрино с атомным ядром, предсказанное теоретической физикой больше 40 лет назад

 

Здравствуйте, у микрофона Марина Аствацатурян! В работе, которая опубликована в Science, примечательно то, что физики увидели эффект рассеяния нейтрино на ядре атома не с помощью детектора с тысячами тонн вещества, а в малогабаритном устройстве размером с огнетушитель. Это достижение прокладывает путь к созданию портативных детекторов нейтрино для мониторинга ядерных реакторов или, к примеру, улавливания нейтрино, образующихся при производстве плутония, отмечает портал Science. «Это и в самом деле поразительно, что предсказанное мною 43 года назад, реализовалось в эксперименте», сказал изданию Даниэль Фридман (Daniel Freedman), ныне почетный профессор Массачусетского технологического института, теоретически описавший в 1974 году эффект под названием «Когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядрах». Нынешнее наблюдение не изменит представлений о ядрах или нейтрино, говорит эксперт Science Натали Ро (Natalie Roe), экспериментатор из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) в Калифорнии, однако авторы, по ее словам, продемонстрировали «высший пилотаж», отловив столь слабый сигнал. Из-за ничтожной массы, отсутствия электрического заряда и очень слабого взаимодействия с веществом нейтрино называют частицами-призраками. Они бывают трех типов – электронные, мюонные и тау, и взаимодействуют они с атомным ядром по-разному. Какими бы ни были эти взаимодействия, они чрезвычайно редки, но это единственная возможность уловить нейтрино.

 

Для того чтобы зарегистрировать несколько частиц из триллионов электронных нейтрино, которые по пути от Солнца проходят через каждый квадратный метр поверхности Земли каждую секунду, физики создают детекторы в тысячи тонн, увеличивая таким образом число атомов, с которыми нейтрино могут столкнуться. И как правило, вероятность взаимодействия с нейтрино возрастает с увеличением числа протонов и нейтронов ядра. Но Фридман понял, что здесь должно быть исключение из правила, потому что, подобно любой квантовой частице, нейтрино обладает волновыми свойствами, и длина волны частицы становится короче с возрастанием ее энергии. Если энергия нейтрино высока, то повышается вероятность его взаимодействия с единичным протоном или нейтроном. Но при низкой энергии нейтрино длина его волны сопоставима с размером ядра, и частица будет взаимодействовать со всеми протонами и нейтронами. Следовательно, вероятность рассеяния на ядрах при низкой энергии неуловимой частицы должна быть выше. Эта идея была экспериментально проверена в Национальной лаборатории Оук-Ридж в Теннеси (Oak Ridge National Laboratory), среди авторов открытия ученые из МИФИ, ФизТеха и Института теоретической и экспериментальной физики в Москве. Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».

 

Источник: Эхо Москвы.

Как нейтринный детектор РЭД-100 поможет обнаружить воровство плутония - РИА Новости

Автор: admin от 11-08-2017, 12:40
  • 0
Нейтринный детектор РЭД-100

МОСКВА, 7 авг — РИА новости, Анна Урманцева. В журнале Science появилась статья, которая повествует о первых наблюдениях за столкновениями нейтрино с ядрами атомов, теоретически  предсказанными 43 года назад. Серьезный вклад в описываемый эксперимент внесли российские физики из Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ".

 

Их отрезок работы был чуть ли не самым ответственным: физики должны были построить суперчувствительный детектор для регистрации столкновений. И он был создан — уникальный нейтринный детектор нового поколения РЭД-100, способный зарегистрировать когерентное рассеяние как эффект! План эксперимента предполагал совмещение лучшего "ловца нейтрино" (РЭД-100) с лучшим "поставщиком нейтрино" (установка SNS — Spallation Neutron Source — источник нейтронов, образующихся при ядерном делении). Однако по совокупности разных причин РЭД-100 так и не поехал в США (установка SNS расположена в Национальной лаборатории Ок-Ридж, штат Теннесcи). Таким образом, для регистрации нейтрино был задействован другой детектор, применение которого привело к наблюдению того самого предсказанного эффекта. 
Что же теперь? В России бездействует самый продвинутый нейтринный детектор, который некуда поставить?

 

Александр Болоздыня около нейтринного детектора РЭД-100 (RED-100, Russian Emission Detector)

Поясняет профессор, заведующий Лабораторией экспериментальной ядерной физики НИЯУ "МИФИ" Александр Болоздыня: "Изначально нашей идеей была постановка РЭД-100 на реактор Калининской атомной электростанции. Потом  появилась мысль воспользоваться SNS, так как он удобнее для первоначального наблюдения столкновения ядер с нейтрино. Но теперь, когда долгожданные результаты получены, перед нами стоит новая задача, которую уже можно решить только с помощью постановки РЭД-100 на наш реактор. Кроме того, у детектора есть и чисто практическое применение".

Почему российские физики из МИФИ изменили свое намерение впервые увидеть столкновения ядер с нейтрино на реакторе Калининской атомной электростанции? Может, это связано с потоком нейтрино на SNS? Нет, поток на реакторе Калининской атомной электростанции мощнее. Однако американская установка позволяет легче отделить сигнал от фона, так как нейтрино посылаются пучками из импульсного источника. Это можно сравнить с поиском дома в незнакомом городе: все дома на первый взгляд одинаковы, а точного адреса у вас нет. Зато известно время, за которое вы должны доехать до нужного объекта, — конечно, это в значительной степени облегчает вашу задачу.

 

В отличие от импульсного источника, нейтрино на атомных реакторах представляют собой непрерывный поток. Стержни подняли, пошла цепная реакция, искомый эффект там может возникнуть в любой время.

 

Второй важный фактор — нужная длина волны у частиц на SNS. А это очень важно для эксперимента! Ведь квантовые свойства частицы проявляются только, если длина ее волны сравнима или меньше, чем у того объекта, с которым происходит взаимодействие. В данном случае эффект когерентного рассеяния проявляется тогда, когда длина волны нейтрино меньше, чем у ядра. Нужные параметры удалось найти на SNS.

Однако при всех достоинствах SNS у этой установки есть и недостаток. Он заключается в том, что там рождаются разные типы нейтрино, а с каким именно происходит взаимодействие, понять невозможно. Другое дело — российский реактор, производящий только чистые электронные антинейтрино. Задача ближайшего времени понятна: поставить суперчувствительный нейтринный детектор РЭД-100 на реактор Калининской атомной электростанции и понять, какие именно типы взаимодействий свойственны такому нейтрино.

Александр Болоздыня около нейтринного детектора РЭД-100 (RED-100, Russian Emission Detector)

Кроме чисто научного интереса, есть и другие возможности применения детектора.

"Например, с помощью РЭД-100 можно контролировать количество плутония-239, не "залезая" в атомный реактор. Допустим, российское руководство договорилось о том, чтобы продать атомный реактор другой стране. Мы поставляем туда топливо и гарантируем, что будем забирать отработанное. При этом покупающая сторона обязуется не трогать стержни и топливо. До настоящего времени нам ничего не оставалось, как только поверить той стороне на слово. Теперь же мы можем взять нейтринный детектор РЭД-100, поставить его в кузов грузовика (так как детектор довольно компактен — всего лишь размером с холодильник) и подъехать к стенке атомного реактора, — поясняет Александр Болоздыня. — Если происходит неконтролируемое изъятие плутония-239, детектор это заметит. Представители МАГАТЭ очень заинтересовались нашей разработкой и ждут полного завершения работ".

 

Источник: РИА Новости.