Wissenschaftsgeschichte: Neutrino-Echo eines abgeschalteten Kernreaktors aufgezeichnet

Laut einer in Physical Review Letters veröffentlichten Studie ist es der internationalen wissenschaftlichen Double Chooz-Kollaboration erstmals gelungen, den verbleibenden Elektron-Antineutrinofluss vollständig abgeschalteter Kernreaktoren zu messen. Das einzigartige Experiment wurde mit einem hochempfindlichen Detektor durchgeführt, der 400 Meter von den Reaktorblöcken des französischen Kernkraftwerks Chooz entfernt liegt. Darüber berichtet Ixbt.com berichtet .

Die Experten analysierten 17,2 Tage Reinstzeitdaten, die während vier Zeiträumen im Jahr 2017 gesammelt wurden, als beide Reaktoren gleichzeitig abgeschaltet waren. Im erwarteten Energiebereich von 1–3 MeV, in dem das Antineutrino-Signal maximal sein sollte, wurden insgesamt 106 Ereignisse registriert. Dies stimmte vollständig mit den wissenschaftlichen Prognosen überein und wies eine hohe statistische Signifikanz auf.

Wie entsteht der Neutrinofluss?

Die Wissenschaftler erklären, dass dieser verbleibende Antineutrinofluss nicht durch eine Kettenreaktion entsteht, sondern durch den Betazerfall von Isotopen, die sich im Reaktorbrennstoff angesammelt haben. Radioaktive Isotope wie Cäsium, Ruthenium und Strontium, die im abgebrannten oder abgeschalteten Brennstoff verbleiben, geben auch Monate und Jahre nach dem Abschalten des Reaktors weiterhin Teilchen ab.

Die durchgeführten Modellierungen ermöglichten eine genaue Zuordnung der Strahlungsquellen. Demnach stammten 56 % des gemessenen Antineutrinoflusses aus den aktiven Zonen, während die übrigen 44 % auf spezielle Becken zur Lagerung abgebrannten Brennstoffs entfielen. Damit wurden wissenschaftliche Theorien erstmals in der Praxis vollständig bestätigt.

Technische Lösungen und System zur Rauschunterdrückung

Der Double Chooz-Detektor verwendet 10,3 Kubikmeter flüssigen Szintillators mit Gadoliniumbeschichtung. Antineutrinos werden über den inversen Betazerfall nachgewiesen: Dabei erzeugt das Positron einen prompten Lichtblitz, während der anschließende Neutroneneinfang ein verzögertes Signal hervorruft.

Ein Komplex aus zusätzlichen Teilchendetektoren rund um den Hauptdetektor beseitigt erfolgreich kosmische Myonen und andere externe Störungen. Ein spezieller auf einem neuronalen Netzwerk basierender Klassifikator filtert falsche Ereignisse heraus und ermöglicht die Gewinnung präziser statistischer Ergebnisse.

Nukleare Sicherheit und künftige praktische Bedeutung

Die Bedeutung dieser Entdeckung reicht über die Grundlagenphysik hinaus und betrifft auch die nukleare Sicherheit sowie Überwachungssysteme. Die Internationale Atomenergie-Organisation (MAATAG) diskutiert seit Jahrzehnten die Möglichkeit, Reaktoren mithilfe von Antineutrinos zu überwachen, da sich dieser Fluss durch keinerlei Abschirmung verbergen lässt.

Nun haben Wissenschaftler nachgewiesen, dass diese Methode nicht nur auf laufende Reaktoren, sondern auch auf stillgelegte Anlagen und Lager für radioaktive Abfälle angewendet werden kann. Als nächsten Schritt sollen kostengünstigere, mobile Detektoren für die Installation in der Nähe von Lagerstandorten entwickelt werden.