Учёные впервые зарегистрировали антинейтрино от отработавшего ядерного топлива после остановки реактора
Физики впервые смогли напрямую зарегистрировать антинейтрино, испускаемые отработавшим ядерным топливом после полной остановки атомного реактора. Достижение стало важным шагом для ядерной физики и открывает новые возможности независимого контроля состояния атомных электростанций и мониторинга отработавшего топлива без использования традиционных методов инспекции.
Исследование провела международная группа учёных из Института ядерной физики Общества Макса Планка в немецком Гейдельберге. Эксперимент показал, что даже после прекращения выработки электроэнергии реактор продолжает испускать слабый поток антинейтрино, возникающих при радиоактивном распаде продуктов деления в активной зоне и отработавшем ядерном топливе.
По словам руководителей исследования Энтони Онийона и Тьерри Лассерра, полученные результаты подтверждают, что детекторы антинейтрино способны независимо определять состояние реактора и контролировать отработавшее топливо во время технического обслуживания и после его остановки.
Антинейтрино являются одними из самых трудноуловимых частиц во Вселенной. Они чрезвычайно редко взаимодействуют с веществом, поэтому их регистрация требует высокочувствительных детекторов и длительных наблюдений. Когда антинейтрино всё же сталкивается с веществом внутри детектора Double Chooz, возникает характерный двойной световой сигнал, позволяющий отличить такое событие от фонового излучения.
Эксперимент проводился на территории атомной электростанции Шо во Франции с использованием детектора Double Chooz, расположенного на глубине около 400 метров под землёй. Установка находится на одинаковом расстоянии от двух реакторов станции.
Внутри детектора размещено более 30 кубических метров жидкого сцинтиллятора — специального вещества, которое испускает слабые вспышки света при взаимодействии с антинейтрино. Именно эти вспышки позволяют исследователям фиксировать крайне редкие события.
Для исследования учёные проанализировали данные, собранные в течение 17,2 суток, когда оба энергоблока станции были полностью остановлены. За это время детектор зарегистрировал около 100 событий-кандидатов, соответствующих антинейтрино, возникающим при радиоактивном распаде внутри реакторов и бассейнов хранения отработавшего топлива.
Полученные результаты практически полностью совпали с теоретическими моделями, описывающими состав оставшегося в реакторе топлива и распад долгоживущих продуктов деления. Таким образом, исследование впервые экспериментально подтвердило прогнозы о том, что остановленные реакторы и отработавшее ядерное топливо продолжают испускать измеримый поток антинейтрино.
По мнению авторов работы, такие детекторы могут использоваться не только во время работы атомных реакторов, но и в периоды перегрузки топлива, технического обслуживания, ремонта и длительного хранения отработавших топливных сборок.
До настоящего времени большинство экспериментов по регистрации реакторных антинейтрино проводилось исключительно при работающих реакторах, поскольку интенсивность потока частиц в этом случае значительно выше. Регистрация крайне слабого остаточного сигнала после остановки реактора потребовала исключительно низкого уровня фоновых помех и методов анализа данных, которые участники проекта Double Chooz совершенствовали на протяжении многих лет.
Исследователи считают, что подобные измерения могут стать независимым способом подтверждения того, работает ли реактор в данный момент, а также позволят контролировать количество и состояние отработавшего ядерного топлива без необходимости полагаться исключительно на традиционные процедуры инспекции.
Интерес к подобным технологиям уже растёт. На конференции Neutrino 2026 были представлены результаты эксперимента JUNO-TAO, который также исследует возможность регистрации антинейтрино от отработавшего топлива после остановки реакторов. Однако именно результаты Double Chooz стали первой опубликованной экспериментальной работой, подтвердившей возможность таких измерений.
Изначально установка Double Chooz создавалась для изучения нейтринных осцилляций. Она сыграла важную роль в определении угла смешивания θ13 — одного из фундаментальных параметров, описывающих превращение нейтрино из одного типа в другой во время их движения. Теперь детектор продемонстрировал ещё одну важную возможность, выходящую далеко за рамки первоначальных задач проекта.
Исследование в журнале Physical Review Letters.