一项用于防止核反应堆材料被盗的新型更安全技术已通过首次测试。
来自加利福尼亚州利弗莫尔市的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和桑迪亚国家实验室的研究人员,通过测量撞击冰箱大小的液罐的反中微子(核裂变产生的幽灵粒子)的数量,成功监测了一个相对较小的核电站反应堆的功率输出。
尽管该技术仍有许多障碍需要克服,但它可能为防止核扩散的努力开辟新途径。
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核反应堆为潜在的炸弹制造者提供了武器级材料的潜在来源,尤其是钚,它在为反应堆提供动力的铀燃料棒中逐渐积累。
作为防止核武器扩散工作的一部分,国际原子能机构(IAEA)是1957年由国际条约成立的旨在促进和平利用核能的组织,监测和检查用于研究以及发电的核反应堆。
国际原子能机构新兴技术项目负责人朱利安·威切洛表示,检查员会将运营商的记录与其自身的监测数据进行比较,以评估反应堆是否可能产生了超出运营商申报的过量钚。
目前的监测仪器使用传感器来监测反应堆使用的冷却剂的量。但威切洛表示,这可能需要经常昂贵安装和维护的电缆,并且它们使仪器暴露于篡改的风险中。
反中微子探测器可以通过直接测量核反应来缓解这些问题。当铀发生裂变反应(反应堆能量的来源)时,它会分裂成两个或更多个较轻的元素,这些元素会迅速衰变,每次裂变反应平均释放六个反中微子。
探测器由富含质子的固体或液体组成,当被反中微子撞击时会衰变,导致混合在富含质子的介质中的染料发出荧光。这种探测器对于核监测具有吸引力,因为有了适当的屏蔽以阻挡杂散粒子,“没有反应堆很难制造出看起来像反中微子的信号,” 利弗莫尔工作人员科学家、高级探测器小组副组长亚当·伯恩斯坦说。
三年前,应国际原子能机构的要求,伯恩斯坦及其在利弗莫尔和桑迪亚的同事在南加州的圣奥诺弗雷核电站(SONGS)安装了一个原型探测器,这是一个2254兆瓦的反应堆。该仪器由1400磅(640公斤)矿物油和化学物质1,2,4-三甲苯组成。
他们将探测器放置在地下30英尺(10米)处,以屏蔽杂散粒子,并放置在距离SONGS设施中两个活跃反应堆堆芯较近的一个堆芯82英尺(25米)处。他们在应用物理学杂志中报告说,他们的探测器可以测量反应堆的功率水平,精度在3%以内,并且他们可以在五小时内判断运营商是否已关闭反应堆。伯恩斯坦说,如果检查员知道反应堆的功率输出及其初始燃料,他们就可以计算出其中应该含有多少钚。
国际原子能机构保障技术专家安德鲁·蒙蒂斯表示,这些数据很有希望,但目前仅适用于SONGS。“圣奥诺弗雷的结果表明,在某些情况下,它可能是一种可部署的仪器,”他说。他补充说,巴西、法国、加拿大和俄罗斯都有测试基于反中微子的监测设备的计划。国际原子能机构已安排在10月份召开会议,以评估当前探测器的成本和复杂性。
伯恩斯坦表示,他和他的同事正在测试由水或固体塑料制成的替代探测器。他说,基于矿物油的探测器相对难以部署,并且可能对国际原子能机构检查员造成来自1,2,4-三甲苯的安全风险,该物质有毒且易燃[见下文注释]。
另一个挑战可能是需要将探测器放置在地下,并非所有核设施都有空间进行此操作,芝加哥大学研究中微子探测的物理学家胡安·科拉尔说。蒙蒂斯指出,巴西计划测试地上探测器。
其他更具实验性的探测器可能更容易放置在反应堆中。科拉尔和伯恩斯坦都是团队的成员,他们试图观察质子和反中微子之间不同类型的相互作用,这种相互作用需要更灵敏的探测器,但会比现有技术更频繁地发生100到1000倍,科拉尔说,从而允许使用更小的设备。
更正(2008年5月9日):原文暗示1,2,4-三甲苯将与反应堆堆芯紧邻,事实并非如此。