Karta över världens neutriner avslöjar kärnkraftsaktivitet var det än händer

När det gäller användbara upptäckter såg neutrinon inte lovande ut. Dessa spöklika partiklar produceras av solen, av radioaktiva grundämnen och av kärnreaktorer, från vilka de rusar utåt med noll laddning, nästan ingen massa och en nästan fullständig likgiltighet för materia.

Den här första kartan någonsin över globala neutrinoutsläpp belyser koncentrationer av naturliga radioaktiva ämnen och konstgjord kärnklyvning.

Förra veckan, forskare släppte en karta visar hur världen skulle se ut om vi kunde se alla miljarder på miljarder neutriner som emanerar från planetens yta varje sekund. Det visar sig att neutrinos ohållbara natur är potentiellt dålig om du försöker dölja något som pågår vid ett kärnkraftverk, men bra om du vill övervaka andra människors kärntekniska aktiviteter. Mörka fläckar på kartan indikerar kärnreaktorer och delar av jordskorpan som är rik på radioaktivt uran och torium, som avger neutriner när de sönderfaller.

Tekniken för att fånga upp spåren av svårfångade neutriner har fortsatt att förbättras sedan den första officiella upptäckten 1956 vid kärnkraftsanläggningen Savannah River i South Carolina. Medan de flesta detektorer har byggts med målet att studera neutrinos natur och beteende, börjar forskare överväga att använda neutrinodetektorer för att undersöka jordens inre och övervaka kärnkraftsaktiviteter.

Se även: Hur internationella övervakare upptäcker kärnvapen och annat mullrande

Kartan, publicerad i Naturvetenskapliga rapporter , skapades med hjälp av neutrinosignaler som fångats i två detektorer, en i Italien och en i Japan, säger William McDonough, en geofysiker vid University of Maryland och en medförfattare på tidningen. Resten av kartan konstruerades med hjälp av data om sammansättningen och densiteten av jordskorpan och platsen för världens reaktorer.

Mörka fläckar uppstår runt bergskedjor där det finns mycket naturligt förekommande radioaktivt sönderfall, säger han. Himalaya är ansvarig för en massiv mörk fläck över södra Asien. Några av de mörka fläckarna är reaktorer, särskilt runt om i Frankrike. (Tekniskt sett kallas de från kärnkraftverk antineutrinos – antimateriamotsvarigheten till neutrinos – men skillnaderna mellan de två typerna av partiklar håller fortfarande på att utarbetas.)

Det som överhuvudtaget gör neutriner detekterbara är det faktum att det finns många av dem. Detektorerna använder tankar i lägenhetsstorlek med mineralolja, genom vilka biljoner neutriner passerar obehindrat varje sekund. Men då och då träffar en av dem kärnan i en väteatom bara för att förinta en proton och lämna efter sig andra partiklar - en positron och en neutron - som kommer att registrera en signal.

Att hitta hemliga reaktorer är inte lika viktigt som att övervaka kända, säger fysikern Patrick Huber från Virginia Tech. Reaktorer avger värme som lätt kan detekteras med infrarödkänsliga satelliter. Vi visste var alla sovjetiska reaktorer finns, och nu vet vi var de finns i Ryssland och Nordkorea. Vad vi inte alltid vet är hur och när de används.

I alla länder där internationella fördrag tillåter åtkomst, säger Huber, små neutrinodetektorer i kylskåpsstorlek kan placeras i närheten för att avslöja om reaktorer oväntat slogs på eller av. Dessutom, säger han, neutriner från olika källor har en distinkt energisignatur, och som kan användas för att skilja plutonium från uran, och möjligen för att avslöja om någon avledde plutonium från en kärnreaktor.

En enorm neutrinodetektor kan också vara användbar för global övervakning, säger Lindley Winslow, en neutrinofysiker vid MIT som inte var en del av kartgruppen. Det finns en megadetektor som heter Juno planerad att starta i Kina 2020, säger hon, även om den främst syftar till att svara på grundläggande frågor om universums natur. Skillnaden mellan neutriner och antineutriner kan innehålla svaret på varför universum producerade mer materia än antimateria och därmed tillåtit världen att existera, säger hon.

De stora frågorna om tillvarons natur har drivit framsteg inom neutrino-detekteringsteknik, säger Huber, men han är glad att ansträngningen kunde främja kärnsäkerhet. När du blir partikelfysiker antar du att allt du gör kommer att vara i ett elfenbenstorn ... att det hela kommer att vara grundläggande vetenskap utan praktiska tillämpningar, säger han. Men som du kan se är det inte riktigt sant.

Den här historien uppdaterades den 15 september för att korrigera året och tillståndet för den första observationen av neutrinon.

Dölj