当今国际社会面临的棘手难题之一,是监控核技术的扩散,并防止它散布到违规国家。现在这个艰巨的任务落在了位于维也纳的国际原子能机构(International Atomic Energy Authority)的肩上,而要解决这个问题也绝非易事。
这就是为什么国际原子能机构正在开发各种新技术,以远距离监控核反应堆。这些技术可分为两大类,近场设备和远场设备。近场设备必须部署在距离反应堆几十米的范围内,才能发挥作用。几年前,我们看到了一个很有希望的样机,就是这样的一台设备,开发者是加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)。
相比之下,远场技术发挥同样的作用,距离就可以远得多。这项技术的目的,是监视其他国家的秘密核反应堆。但这些设备是如何运作的呢?
现在,多亏了法国新能源与原子能委员会(French Alternative Energies and Atomic Energy Commission)的蒂埃里·拉赛尔(Thierry Lasserre)和他的同事,我们有了深刻的洞悉。
首先做一些背景介绍。裂变反应堆会产生大量的反中微子,一个千兆瓦级的反应堆,每秒会产生1021个反中微子。以此衡量,这些反应堆会像圣诞树一般明亮。
问题在于,反中微子与普通物质的相互作用非常微弱,要去发现这些微粒非常困难。但它们还是能被发现,只要有足够大量的这种物质。标准技术是将水引入一个巨大的游泳池中,等待反中微子与质子发生碰撞,产生一个正电子和一个中子。正电子产生的切伦科夫辐射(Cherenkov radiation),会被水池周围的光检测器捕捉到。
原则上,只要检测器足够大,它就能捕捉到任何反应堆发出的信号。
但有一句警告。在分析检测器获取的数据时,物理学家们需要去除所有的背景信号。这很复杂,因为有大量的噪音源。这些可以分为两大类,首先,有很多合法的反应堆运行在世界各地,它们本身就是反中微子的发光信号灯塔。在分析信号时,要将这些都考虑进去。
其次还有地球本身的干扰,它充满着放射性物质,也都产生反中微子。在测量信号时,这些背景也必须得减去。
但拉赛尔和他的同事能胜任这项任务。他们的设想是,把一艘超级油轮转变为反中微子探测器,这就要装备必要的的光子探测器,再填入1034质子,其实就是138000吨直链烷基苯(C13H30:linearalkylbenzene)。他们把这架探测器取名为秘密中微子互动探测器(SNIF:Secret Neutrino Interactions Finder)。
这个计划是,使超级油轮航行到可疑国家的海岸,然后将其暂时沉没,到达海面之下深达4千米之处。这艘超级油轮随后就可以监测到未申报的反中微子活动迹象。
拉塞尔及其同事甚至已经计算出,他们的探测器可能会发现哪种类型的背景信号,以及未申报核反应堆发出的可疑信号会是什么样的,这些反应堆会是在不同的地方,如岛屿、半岛或平坦海岸。
“我们的研究证实,138000吨的中微子探测器,能够探测,甚至能够定位私密核反应堆,而且从国境线外就行,”研究人员们说。尽管如此,他们亦承认,这样一架探测器还存在难以克服的实用性、政治性和技术性难题。
我们会看到这样一架超级装置付诸行动吗?这是一个有趣的问题,但并不容易回答,这项任务惊人的复杂性就说明了这一点。
有一条很有趣的线索是,拉塞尔和他的同事表示,近场设备已经测试过的,有巴西、法国、意大利、日本、俄罗斯和美国。这说明,国际社会相当关注核监测技术。
远程监测秘密核反应
评论
11 views