211service.com
Antineutrino-detectoren kunnen de vernietiging van plutonium van wapenkwaliteit opsporen
Een van de problemen bij het ontmantelen van kernwapens is wat te doen met het overgebleven plutonium van wapenkwaliteit.
Een voor de hand liggend antwoord is om het te verbranden in kernreactoren met gemengd oxide, zo genoemd omdat ze een mengsel van uranium- en plutoniumoxide verbranden. Het proces van splijting vernietigt het plutonium, waardoor het niet langer kan worden gebruikt.
Maar er is een probleem. Wat als het land in kwestie het plutonium inruilt voor iets anders, gewoon oud uranium misschien? In dit scenario zou deze hypothetische staat de wereld kunnen laten denken dat hij ontwapend was, terwijl hij in feite plutonium had opgeslagen.
De kwestie van verificatie houdt experts op het gebied van nucleaire proliferatie 's nachts wakker. Dus zijn ze druk bezig geweest met het zoeken naar een manier voor waarnemers om te vertellen wat een reactor werkelijk in brand staat.
Tegenwoordig zeggen Anna Hayes en vrienden van het Los Alamos National Laboratory in New Mexico dat ze precies zo'n techniek hebben bedacht: de truc, zeggen ze, is om te zoeken naar de antineutrino's die de reactor produceert.
De afgelopen jaren hebben nucleaire experts een aantal tests uitgevoerd waarbij ze de antineutrino-output van reactoren hebben gevolgd. In principe zou deze techniek kunnen worden gebruikt om illegale reactoren op te sporen en in deze blog hebben we gekeken naar deze technologie hier en hier .
De detectoren bestaan uit een vat met gadoliniumhoudende vloeistof omgeven door schilden om ongewenste signalen af te schermen en detectoren die op zoek zijn naar de verklikkerlichten van een antineutrino-reactie. Dit bestaat uit dubbele energiepulsen - de eerste van een positron-elektronenannihilatie en de tweede van een neutronenvangst door een gadoliniumkern.
Hayes en co zeggen nu dat dit soort detectoren kan worden gebruikt om niet alleen te bepalen of er een kernsplijting plaatsvindt, maar ook om wat voor soort brandstof het gaat.
De sleutel is dat de splijting van plutonium-239 slechts 42 procent van de antineutrino's uitstoot die uranium-238 doet.
Dus zolang het vermogen dat door de reactor wordt geproduceerd bekend is, het aantal antineutrino's dat het afgeeft en hoe dit in de loop van de tijd verandert, kan worden gebruikt om de fractie plutonium te berekenen die bij de reacties betrokken is. De signalen zijn te onderscheiden door de combinatie van hun grootte en hun veranderingssnelheid met het opbranden van brandstof, zegt Hayes en co.
Natuurlijk zijn de dingen niet zo eenvoudig als in het echte leven. Een complicerende factor is dat bij de berekeningen van Los Alamos wordt aangenomen dat de brandstof vers is. In de praktijk echter spreiden de meeste reactoren hun brandstoftoevoer. Dus op elk moment zal een reactor wat verse brandstof bevatten, maar ook oudere brandstoffen. In dat geval, geef Hayes en co toe, de antineutrino-signalen hiervoor zullen veranderen afhankelijk van de kernsamenstelling.
Dat lijkt geen showstopper. En dat betekent dat dit een veelbelovende technologie lijkt die in de toekomst een belangrijke rol zou kunnen spelen bij het verifiëren van de vernietiging van plutonium.
Referentie: arxiv.org/abs/1110.0534 : Theorie van antineutrino-monitoring van brandende MOX-plutoniumbrandstoffen