反中微子探测可以远程监控核反应堆

测量核反应堆中被称为反中微子的亚原子粒子流动的技术，可以实现持续的远程监测，以检测可能表明核材料转移的燃料变化。监测可以在反应堆容器外进行，而且该技术可能足够敏感，可以检测到单个燃料组件的替换。

这项技术可以用于现有的压水反应堆，也可以用于预计需要较少换料次数的未来设计，它可以补充其他监测技术，包括人工检查人员的存在。佐治亚理工学院的研究人员进行了大量的模拟实验，证实了地面反中微子监测技术对当前和未来反应堆的潜在效用。

乔治亚理工学院乔治·w·伍德拉夫机械工程学院副教授安娜·埃里克森说:“反中微子探测器提供了一种解决方案，可以连续、实时地验证核反应堆内发生的事情，而不必进入反应堆堆芯。”“你无法屏蔽反中微子，所以如果运行反应堆的国家决定将其用于邪恶目的，他们无法阻止我们看到反应堆运行的变化。”

该研究评估了两种类型的反应堆，以及基于目前部署在橡树岭国家实验室高通量同位素反应堆(HFIR)的PROSPECT探测器的反中微子探测技术。

图2:在压水堆和超长周期快堆中，图像比较了反中微子谱和反中微子探测器响应随反应堆运行时间的变化。提供:佐治亚理工学院[/caption]

目前用于发电的核反应堆必须定期换料，这种操作为人类检查提供了机会，但未来几代核反应堆可能在不换料的情况下运行长达30年。模拟表明，钠冷却反应堆也可以使用反中微子探测器进行监测，尽管它们的特征将不同于当前一代的压水堆。

未来的挑战之一是缩小反中微子探测器的尺寸，使其足够便携，可以装进可以经过核反应堆的车辆中。研究人员还希望改善探测器的方向性，使它们能够专注于反应堆堆芯的排放物，从而提高它们探测微小变化的能力。

检测原理在概念上类似于用于身份验证的视网膜扫描。在视网膜扫描中，红外线光束穿过人的视网膜和血管，这是通过它们相对于其他组织更高的光吸收率来区分的。然后提取这些映射信息，并与之前的视网膜扫描进行比较，并存储在数据库中。如果两者匹配，则可以验证该人的身份。

类似地，核反应堆不断地发射反中微子，其通量和光谱随裂变的特定燃料同位素而变化。一些反中微子通过逆衰变在附近的探测器中相互作用。该探测器测量到的信号与存储在数据库中的有关反应堆、初始燃料和燃耗的参考副本进行比较;与参考副本充分匹配的信号将表明核心库存没有被暗中改变。然而，如果一个受扰动反应堆的反中微子通量与预期的有足够的不同，这可能表明已经发生了转移。

当反应堆从燃烧铀转变为燃烧钚时，不同能量的反中微子粒子的发射速率随运行寿命而变化。压水堆的信号包括18个月的重复运行周期和3个月的换料间隔，而超长周期快堆(UCFR)的信号将代表连续运行，不包括维护中断。

埃里克森说，防止适用于制造武器的特殊核材料扩散是许多不同机构和组织的研究人员长期关注的问题。

她说:“从核材料的开采到核材料的处置，整个过程的每一步，我们都必须关注谁在处理这些核材料，以及这些核材料是否会落入坏人之手。”“情况更加复杂，因为我们不想阻止使用核材料发电，因为核能是非碳能源的重要来源。”

埃里克森说，这项研究表明了这项技术的可行性，应该鼓励探测器技术的持续发展。

她说:“这项研究的亮点之一是对组装级转移的详细分析，这对我们理解反中微子探测器的局限性以及可能实施的政策的潜在影响至关重要。”“我认为这篇论文将鼓励人们更详细地研究未来的系统。”

佐治亚理工大学

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- Chris Vavra编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．

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