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Cientistas da Universidade de Sheffield e da Universidade do Havaí desenvolveram uma nova técnica para monitoramento remoto nuclear reatores usando oscilações de antineutrinos.
Esta abordagem inovadora poderia revolucionar os esforços de segurança nuclear e de não-proliferação, oferecendo um método não intrusivo para rastrear as atividades dos reatores a longas distâncias.
“Os antineutrinos de reatores nucleares têm potencial para serem usados para monitoramento de reatores no campo médio a distante sob certas condições”, escreveram pesquisadores envolvidos em um novo estudo que detalha as descobertas. “Os antineutrinos são um sinal não blindado e carregam informações sobre o núcleo do reator e a distância que percorrem. Como os antineutrinos carregam informações sobre a distância percorrida em seu espectro de energia, as análises podem ser estendidas para uma análise espectral para obter mais conhecimento sobre o núcleo detectado.”
A energia nuclear desempenha um papel crucial na geração global de energia. No entanto, persistem preocupações com a segurança, a utilização indevida dos reactores e o desvio de materiais para a proliferação de armas. Com um aumento esperado de 80% na capacidade nuclear até 2050, conforme previsto pelo Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA), a salvaguarda dos reactores tornou-se mais urgente do que nunca.
Os métodos tradicionais de monitorização das operações dos reactores, tais como inspecções no local e contabilização de itens, são eficazes mas limitados, especialmente para garantir o cumprimento dos tratados de não proliferação nuclear.
Entra em cena a detecção de antineutrinos, uma tecnologia que oferece uma nova fronteira para o monitoramento de reatores.
Num estudo publicado em Avanços AIP em 1º de outubro de 2024, a equipe de pesquisa, liderada pelo Dr. Steve Wilson, pesquisador associado em física de partículas e astrofísica de partículas na Universidade de Sheffield, explorou o potencial do uso de emissões de antineutrinos para rastrear atividades de reatores nucleares de médio a distante distâncias de campo.
A análise da equipe, baseada em um protótipo de detector usando um cintilador líquido à base de água, oferece insights promissores sobre a capacidade da tecnologia de detectar remotamente sinais de reatores subterrâneos sem acessar o complexo do reator.
Antineutrinos: Assinatura Inprotegível da Natureza
Antineutrinos são partículas subatômicas produzidas em grandes quantidades durante a fissão nuclear. Cada reação de fissão dentro de um reator nuclear produz um fluxo de antineutrinos que não pode ser protegido, tornando-os um sinal não mascarável que pode transportar informações sobre o núcleo do reator.
Estas partículas viajam grandes distâncias, transportando dados vitais sobre a produção de energia, composição do núcleo e até a distância entre o reator e o detector.
O conceito de usar a detecção de antineutrinos para monitoramento de reatores não é novo. Anterior estudos demonstraram a viabilidade do monitoramento de reatores de curta distância usando antineutrinos, mas esta última pesquisa vai um passo além.
Ao focar nas oscilações dos antineutrinos – um fenômeno quântico em que o sabor de um neutrino muda à medida que ele se propaga espaço-a equipe desenvolveu uma técnica de análise espectral capaz de determinar a localização do reator sem acesso prévio às instalações.
“Uma vez produzidos, os neutrinos nem sempre permanecem num único sabor”, explicaram os investigadores. “Eles podem oscilar de maneira dependente da distância e da energia, com a emissão e o mecanismo de detecção dominante para neutrinos do reator envolvendo antineutrinos com sabor de elétrons.”
“Ao obter o espectro de energia dos antineutrinos de elétrons de uma fonte, informações sobre a distância percorrida podem ser determinadas juntamente com a potência do reator e a composição do núcleo. Isso pode ser usado para identificar a fonte de um sinal de reator ou verificar um sinal conhecido, confirmando se o espectro é o esperado.”
Detectando reatores de energia nuclear à distância
No seu estudo, os investigadores aplicaram a sua técnica a cenários do mundo real, examinando locais de reactores no Reino Unido e em França. Usando um detector hipotético localizado na mina Boulby, no Reino Unido, a equipe simulou sinais de reatores próximos e distantes, incluindo Hartlepool, Heysham e Gravelines.
O detector, um O detector Cherenkov à base de água dopado com gadolínio foi projetado para capturar as oscilações sutis dos antineutrinos à medida que saíam do reator. Ao realizar uma análise da transformada de Fourier no espectro do antineutrino, a equipe conseguiu determinar a distância entre o reator e o detector com uma precisão impressionante, mesmo a centenas de quilômetros de distância.
No entanto, o estudo desta