22:24 29 Settembre 2020
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Gli scienziati dell’Università Statale delle Ricerche Nucleari di Mosca (MEPhI) hanno condotto una serie di esperimenti che aiuteranno a migliorare la precisione del controllo remoto dei reattori nucleari di quasi mille volte.

Il principio del funzionamento del dispositivo, che può portare la sicurezza nucleare mondiale a un nuovo livello, si basa sul fenomeno teorizzato già nel 1974 ma solo recentemente scoperto e dimostrato, chiamato della ‘diffusione elastica coerente’, o CeνNS (Coherent elastic neutrino-nucleus scattering).

I risultati dello studio, supportato dalla Corporation statale per l’energia atomica Rosatom, sono stati riportati dal servizio stampa dell'università.

Uno dei metodi per la supervisione dei reattori nucleari è l'analisi della radiazione dei neutrini. Aiuta a prevenire la rimozione non autorizzata del combustibile nucleare che potrebbe essere utilizzato per produrre armi nucleari illegali. L'analisi viene eseguita a distanza per evitare di interferire con il funzionamento di centrali nucleari sospette.

"I neutrini sono particelle elementari formate in grandi quantità nelle reazioni nucleari. Per garantire che i neutrini non escano dal reattore nucleare ci vorrebbe un muro di piombo delle spessore di anni luce.

Analizzando la radiazione dei neutrini, possiamo comprendere sia la composizione isotopica della reazione sia ciò che sta accadendo in questo momento al centro del nucleo del reattore", ha detto Alexander Bolozdynya, responsabile del progetto e capo del laboratorio interdipartimentale di fisica nucleare sperimentale.

I ricercatori della MEPhI hanno spiegato che il funzionamento dei reattori nucleari produce l'isotopo 239Pu, il cosiddetto plutonio per armi, come uno dei prodotti del decadimento del combustibile nucleare. I rivelatori di radiazioni di neutrini consentono di rilevare il ritiro di questo materiale o di fissare il cambiamento nella composizione isotopica della reazione.

Migliorando il metodo di controllo dei neutrini, gli scienziati della MEPHI stanno lavorando a un tipo fondamentalmente nuovo di rilevatore di emissioni bifase basati sull'effetto della diffusione elastica coerente dei nuclei dei neutrini (CEvNS) sui nuclei atomici pesanti. Predetto dagli scienziati sovietici più di 40 anni fa, questo fenomeno è stato scoperto in un esperimento di accelerazione solo nel 2017.

Secondo i ricercatori NRNU MEPhI, l'utilizzo dell'effetto CEvNS consente di creare un rivelatore che sarà quasi 1000 volte più sensibile ai neutrini del reattore rispetto ai dispositivi esistenti. I moderni rivelatori di neutrini sono infatti strutture estremamente imponenti o sotterranee, mentre il nuovo rivelatore potrà essere implementato come un'unità mobile di piccole dimensioni.

Secondo gli scienziati MEPhI, il rivelatore che stanno progettando ha già attirato l'attenzione del consiglio dell'Agenzia internazionale per l'energia atomica (AIEA), poiché la sua applicazione renderà l'energia nucleare più sicura e trasparente.

Inoltre, aggiungono, la sensibilità del nuovo rivelatore sarà abbastanza adatta anche a scopi puramente scientifici, ad esempio analizzare la radiazione di neutrini del Sole o delle stelle supernova, che permetterà di comprendere meglio i processi che avvengono al loro interno.

Il team scientifico prevede di condurre i primi test del promettente rilevatore presso la centrale nucleare di Kalinin già nel prossimo anno.

Principio di funzionamento

La reazione nucleare all’interno di una centrale produce, oltre a energia, anche particelle subatomiche chiamate neutrini. Per la precisone sarebbe meglio chiamarli anti-neutrini (i neutrini hanno elicità sinistrorsa e vengono prodotti dalle reazioni nucleari stellari, quelli delle reazioni nucleari delle centrali hanno elicità destrorsa). Questi neutrini sono talmente piccoli (si pensa intorno al milione di volte più piccoli degli elettroni) che sono difficilissimi da intercettare. Inoltre interagiscono con l’altra materia solo attraverso forza gravitazionale e forza debole (decadimento radioattivo).

Queste particelle sono talmente piccole e inafferrabili che attraversano l’intero nostro pianeta senza che ce ne accorgiamo. Gli attuali rilevatori di neutrini sono complessi enormi. I nostri Laboratori Nazionali del Gran Sasso per esempio sfruttano i 1.400 metri di roccia sovrastante per aumentare le probabilità di osservare le interazioni tra i neutrini e la materia. I neutrini infatti non sono osservabili direttamente ma solo quando interagiscono con nuclei di atomi. Essendo tuttavia così piccoli, le probabilità di collisione sono sempre minime e la rilevazione difficoltosa anche con le strumentazioni più imponenti. Ed è qui che interviene la nuova scoperta del CeνNS – la diffusione elastica coerente. Si è scoperto che non è necessario osservare gli improbabili scontri tra neutrini e nuclei per rilevarli, i passaggi ravvicinati sono più che sufficienti perché durante questi, il neutrino riceve una sorta di impronta dal nucleo e si verifica una interazione. Questa interazione, che pure non riguarda massa, traiettoria o carica, è purtuttavia rilevabile se si riescono a realizzare gli strumenti giusti. Appunto a questo stanno lavorando i ricercatori della MEPhI, con risultati a quanto pare promettenti.

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