一項用於防止核反應堆材料被盜的新型更安全技術已透過首次測試。
來自加利福尼亞州利弗莫爾市的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室和桑迪亞國家實驗室的研究人員,透過測量撞擊冰箱大小的液罐的反中微子(核裂變產生的幽靈粒子)的數量,成功監測了一個相對較小的核電站反應堆的功率輸出。
儘管該技術仍有許多障礙需要克服,但它可能為防止核擴散的努力開闢新途徑。
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核反應堆為潛在的炸彈製造者提供了武器級材料的潛在來源,尤其是鈽,它在為反應堆提供動力的鈾燃料棒中逐漸積累。
作為防止核武器擴散工作的一部分,國際原子能機構(IAEA)是1957年由國際條約成立的旨在促進和平利用核能的組織,監測和檢查用於研究以及發電的核反應堆。
國際原子能機構新興技術專案負責人朱利安·威切洛表示,檢查員會將運營商的記錄與其自身的監測資料進行比較,以評估反應堆是否可能產生了超出運營商申報的過量鈽。
目前的監測儀器使用感測器來監測反應堆使用的冷卻劑的量。但威切洛表示,這可能需要經常昂貴安裝和維護的電纜,並且它們使儀器暴露於篡改的風險中。
反中微子探測器可以透過直接測量核反應來緩解這些問題。當鈾發生裂變反應(反應堆能量的來源)時,它會分裂成兩個或更多個較輕的元素,這些元素會迅速衰變,每次裂變反應平均釋放六個反中微子。
探測器由富含質子的固體或液體組成,當被反中微子撞擊時會衰變,導致混合在富含質子的介質中的染料發出熒光。這種探測器對於核監測具有吸引力,因為有了適當的遮蔽以阻擋雜散粒子,“沒有反應堆很難製造出看起來像反中微子的訊號,” 利弗莫爾工作人員科學家、高階探測器小組副組長亞當·伯恩斯坦說。
三年前,應國際原子能機構的要求,伯恩斯坦及其在利弗莫爾和桑迪亞的同事在南加州的聖奧諾弗雷核電站(SONGS)安裝了一個原型探測器,這是一個2254兆瓦的反應堆。該儀器由1400磅(640公斤)礦物油和化學物質1,2,4-三甲苯組成。
他們將探測器放置在地下30英尺(10米)處,以遮蔽雜散粒子,並放置在距離SONGS設施中兩個活躍反應堆堆芯較近的一個堆芯82英尺(25米)處。他們在應用物理學雜誌中報告說,他們的探測器可以測量反應堆的功率水平,精度在3%以內,並且他們可以在五小時內判斷運營商是否已關閉反應堆。伯恩斯坦說,如果檢查員知道反應堆的功率輸出及其初始燃料,他們就可以計算出其中應該含有多少鈽。
國際原子能機構保障技術專家安德魯·蒙蒂斯表示,這些資料很有希望,但目前僅適用於SONGS。“聖奧諾弗雷的結果表明,在某些情況下,它可能是一種可部署的儀器,”他說。他補充說,巴西、法國、加拿大和俄羅斯都有測試基於反中微子的監測裝置的計劃。國際原子能機構已安排在10月份召開會議,以評估當前探測器的成本和複雜性。
伯恩斯坦表示,他和他的同事正在測試由水或固體塑膠製成的替代探測器。他說,基於礦物油的探測器相對難以部署,並且可能對國際原子能機構檢查員造成來自1,2,4-三甲苯的安全風險,該物質有毒且易燃[見下文註釋]。
另一個挑戰可能是需要將探測器放置在地下,並非所有核設施都有空間進行此操作,芝加哥大學研究中微子探測的物理學家胡安·科拉爾說。蒙蒂斯指出,巴西計劃測試地上探測器。
其他更具實驗性的探測器可能更容易放置在反應堆中。科拉爾和伯恩斯坦都是團隊的成員,他們試圖觀察質子和反中微子之間不同型別的相互作用,這種相互作用需要更靈敏的探測器,但會比現有技術更頻繁地發生100到1000倍,科拉爾說,從而允許使用更小的裝置。
更正(2008年5月9日):原文暗示1,2,4-三甲苯將與反應堆堆芯緊鄰,事實並非如此。