Kaart van 's werelds neutrino's legt nucleaire activiteit bloot, waar het ook gebeurt

Wat nuttige ontdekkingen betreft, zag het neutrino er niet veelbelovend uit. Deze spookachtige deeltjes worden geproduceerd door de zon, door radioactieve elementen en door kernreactoren, van waaruit ze naar buiten schieten zonder lading, bijna geen massa en een bijna volledige onverschilligheid voor materie.

Deze allereerste kaart van wereldwijde neutrino-emissies benadrukt concentraties van natuurlijke radioactieve elementen en door de mens veroorzaakte kernsplijting.

Vorige week, wetenschappers hebben een kaart vrijgegeven laten zien hoe de wereld eruit zou zien als we alle miljarden en miljarden neutrino's zouden kunnen zien die elke seconde van het oppervlak van de planeet komen. Het blijkt dat het onbeheersbare karakter van neutrino's potentieel slecht is als je iets probeert te verbergen in een kerncentrale, maar goed als je de nucleaire activiteiten van andere mensen wilt volgen. Donkere vlekken op de kaart duiden op kernreactoren en delen van de aardkorst die rijk zijn aan radioactief uranium en thorium, die neutrino's uitstoten wanneer ze vervallen.

De technologie om de sporen van ongrijpbare neutrino's op te pikken is blijven verbeteren sinds de eerste officiële detectie in 1956 in de Savannah River nucleaire faciliteit in South Carolina. Hoewel de meeste detectoren zijn gebouwd met het doel de aard en het gedrag van neutrino's te bestuderen, beginnen wetenschappers te overwegen neutrinodetectoren te gebruiken om het binnenste van de aarde te onderzoeken en nucleaire activiteiten te volgen.

Zie ook: Hoe internationaal toezicht houdt op kernwapens en ander gerommel

De kaart, gepubliceerd in Natuurwetenschappelijke rapporten , is gemaakt met behulp van neutrinosignalen die zijn vastgelegd in twee detectoren, één in Italië en één in Japan, zegt William McDonough, een geofysicus aan de Universiteit van Maryland en een co-auteur van het artikel. De rest van de kaart is gemaakt met gegevens over de samenstelling en dichtheid van de aardkorst en de locatie van de reactoren in de wereld.

Er verschijnen donkere vlekken rond bergketens waar veel natuurlijk radioactief verval plaatsvindt, zegt hij. De Himalaya is verantwoordelijk voor een enorme donkere vlek boven Zuid-Azië. Sommige van de donkere plekken zijn reactoren, vooral rond Frankrijk. (Technisch gezien worden die van kerncentrales antineutrino's genoemd - de antimaterie-tegenhanger van neutrino's - maar de verschillen tussen de twee soorten deeltjes worden nog steeds uitgewerkt.)

Wat neutrino's überhaupt detecteerbaar maakt, is het feit dat het er veel zijn. De detectoren maken gebruik van tanks met minerale olie ter grootte van een flatgebouw, waar elke seconde triljoenen neutrino's ongehinderd doorheen gaan. Maar af en toe raakt een van hen precies de kern van een waterstofatoom, waarbij een proton wordt vernietigd en andere deeltjes achterblijven - een positron en een neutron - die een signaal zullen registreren.

Het vinden van clandestiene reactoren is niet zo belangrijk als het monitoren van bekende reactoren, zegt natuurkundige Patrick Huber van Virginia Tech. Reactoren geven warmte af die gemakkelijk kan worden gedetecteerd met infraroodgevoelige satellieten. We wisten waar alle Sovjet-reactoren zijn, en nu weten we waar ze zijn in Rusland en Noord-Korea. Wat we niet altijd weten, is hoe en wanneer ze worden gebruikt.

In elk land waar internationale verdragen toegang toestaan, zegt Huber, zouden kleine neutrino-detectoren ter grootte van een koelkast in de buurt kunnen worden geplaatst om te onthullen of reactoren onverwachts in- of uitgeschakeld werden. Bovendien, zegt hij, hebben neutrino's uit verschillende bronnen een onderscheidende energiesignatuur, en die kan worden gebruikt om plutonium van uranium te onderscheiden, en mogelijk om te onthullen of iemand plutonium uit een kernreactor heeft afgeleid.

Een enorme neutrinodetector kan ook nuttig zijn voor wereldwijde monitoring, zegt Lindley Winslow, een neutrinofysicus aan het MIT die geen deel uitmaakte van de kaartengroep. Er is een megadetector genaamd Juno gepland om in 2020 in China op te starten, zegt ze, hoewel die vooral is gericht op het beantwoorden van fundamentele vragen over de aard van het universum. Het verschil tussen neutrino's en antineutrino's zou het antwoord kunnen zijn op de vraag waarom het universum meer materie heeft geproduceerd dan antimaterie, waardoor de wereld kan bestaan, zegt ze.

Die grote vragen over de aard van het bestaan ​​hebben de opmars van neutrino-detectietechnologie gestimuleerd, zegt Huber, maar hij is blij dat de inspanning de nucleaire veiligheid kan bevorderen. Als je deeltjesfysicus wordt, ga je ervan uit dat alles wat je doet in een ivoren toren zal zijn … dat het allemaal basiswetenschap zal zijn zonder praktische toepassingen, zegt hij. Maar zoals je kunt zien, is dat niet helemaal waar.

Dit verhaal is op 15 september bijgewerkt om het jaar en de staat van de eerste waarneming van het neutrino te corrigeren.

zich verstoppen