Антинейтрино помогут ООН искать утечки оружейного плутония

7 августа 2019
Технологический институт Джорджии

Американские физики создали технологию, позволяющую оценить количество плутония внутри атомного реактора или отработанного ядерного топлива, не прикасаясь к ним. Подобные наблюдения предотвратят появление новых "нелегальных" ядерных держав, сообщает Phys.org.

"Антинейтрино позволяют нам постоянно следить за тем, что происходит внутри ядерного реактора, не находясь внутри него. Эти частицы нельзя заблокировать, и если страна-нарушитель решит использовать АЭС для нелегальных целей, она не сможет помешать нам увидеть то, что характер работы станции изменился",

— рассказывает Анна Эриксон (Anna Erickson) из Технологического института Джорджии в Атланте (США).

Договор о нераспространении ядерного оружия был создан в июле 1968 года, чуть более пятидесяти лет назад, и до недавнего времени в него входили почти все государства мира, за исключением Израиля, Индии и Пакистана. В его рамках пять ядерных держав – СССР, США, Китай, Британия и Франция – согласились "стремиться в сторону полной ликвидации своих атомных арсеналов" в обмен на то, что остальные страны не будут создавать их.

Вдобавок, "ядерная пятерка" пообещала помогать остальным участникам соглашения развивать мирные атомные технологии под эгидой МАГАТЭ. Позже в эту структуру вошли некоторые другие международные организации, такие как ГЯП, объединение стран-поставщиков ядерного топлива.

Несмотря на то, что у соглашения есть только один открытый "нарушитель" – КНДР, эксперты-международники и власти многих стран неоднократно подозревали, что существует целый ряд стран, который пытался создать атомное оружие в прошлом, или даже занимается этим сегодня.

Помимо Ирана, в число подобных "пороговых" государств, как их часто называют аналитики, в разное время входили или по-прежнему входят Швеция, Саудовская Аравия, Бразилия, Ливия, Германия, Япония, а также целый ряд других стран.

Особняком в этом списке стоит ЮАР, чьи ученые и инженеры создали ядерные боезаряды в конце 1970-начале 1980 годов, еще до вступления страны в ДНЯО, и предположительно испытали их вместе с Израилем на одном из островов в Индийском океане. Вспышку от этого взрыва зафиксировал американский спутник Vela, однако доказать это не удалось.
Для предотвращения подобных ситуаций ведущие ядерные державы сформировали набор международно-дипломатических и технологических мер. Они очень жестко регулируют оборот чистого и отработанного ядерного топлива и обязывают стран-участниц ДНЯО допускать инспекторов ООН и МАГАТЭ на атомные электростанции и прочие объекты.

Все эти меры, как отмечает Эриксон, не обладают стопроцентной надежностью – потенциальные нарушители могут скрывать признаки нелегальной активности во время визитов представителей международных организаций, просто не пускать их на объекты, а также находить другие правовые и технологические лазейки, позволяющие им тайно производить оружейный плутоний, обогащенный уран или другие компоненты атомных бомб на "мирных" предприятиях.

По этой причине ученые и политики "ядерной пятерки" давно пытаются открыть или создать такие методы наблюдений за ядерными реакторами, хранилищами и предприятиями по переработке отработанного топлива, которые бы позволяли осуществлять подобные замеры дистанционно.

К примеру, один из первых подобных "детекторов нелегальной активности" был создан четыре года назад американскими и российскими учеными из Национальной лаборатории в Оак-Ридж (ORNL), университета Теннесси и НИЯУ МИФИ. Они создали высокочувствительный детектор нейтрино, "призрачных" частиц, почти не взаимодействующих с остальной материей, которые в большом количестве вырабатываются в активной зоне ядерного реактора.

Изначально этот прибор был создан для поисков темной материи и проверки Стандартной модели физики, однако его, как обнаружили ученые, можно использовать и для наблюдений за работой АЭС, отслеживая то, как много антинейтрино, связанных с плутонием-239, исходит из окрестностей энергетической установки. Любые отклонения от нормы могут указывать как на проблемы в работе реактора, так и на то, что плутоний был оттуда нелегально изъят.

"Доля плутония в обычных ядерных реакторах медленно растет за счет того, что уран-238 поглощает свободные нейтроны. В результате этого реакция смещается с урана-235 на плутоний-239, что отражается в числе и свойствах вырабатываемых ими антинейтрино. Если кто-то попытается заменить топливо и извлечь плутоний, то этот фон изменится и мы заметим эти сдвиги", — продолжает Эриксон.

Руководствуясь этой идеей, американские исследователи проверили, сможет ли компактный детектор такого рода, созданный в стенах ORNL, уловить следы нелегальной активности, если установить его на борт дрона или вертолета.

Как показали их расчеты, это вполне возможно осуществить для классических водно-водных реакторов, подобных американскому PWR, если уменьшить размеры датчика антинейтрино до еще меньших размеров, или установить его на более грузоподъемный носитель.

Ученые надеются, что подобные перспективы заставят чиновников МАГАТЭ и национальных ядерных ведомств стран "пятерки" детально изучить, улучшить и принять на вооружение эту методику борьбы с распространением ядерного оружия.