Selbst nachdem ein Kernreaktor abgeschaltet wurde, flüstert er weiter. Zum ersten Mal haben Wissenschaftler dieses schwache, geisterhafte Nachglühen nachgewiesen: einen Strom von Antineutrinos, der durch langlebigen radioaktiven Zerfall im Brennstoff erzeugt wird, lange nachdem der Reaktor dunkel geworden ist.
Die Messung fand im Kernkraftwerk Chooz in Nordfrankreich statt, wo der Double-Chooz-Detektor etwa 400 Meter von zwei Reaktorkernen entfernt unter der Erde liegt. Der mit mehr als 30 Kubikmetern Flüssigszintillator gefüllte Detektor fing über 17,2 Tage hinweg rund 100 Antineutrino-Kandidatenereignisse, während beide Reaktoren vollständig abgeschaltet waren. Das Signal stimmte mit detaillierten Simulationen der Restradioaktivität in den Kernen und den nahegelegenen Abklingbecken überein.
Ein Signal, das die Abschaltung überlebt
Antineutrinos sind die leichtesten und schwersten fassbaren bekannten Teilchen im Universum. Sie durchdringen fast alles, einschließlich der Reaktorabschirmung, mit geringer Wechselwirkung. Wenn eines im Flüssigszintillator des Detektors wechselwirkt, erzeugt es einen charakteristischen doppelten Lichtblitz, der sich vom Hintergrundrauschen abhebt.
Forscher des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg, Deutschland, unter der Leitung von Anthony Onillon und Thierry Lasserre, analysierten die Daten. Der Nachweis erforderte außergewöhnlich niedrige Hintergrundwerte und sorgfältige Analysetechniken, die über Jahre von der Double-Chooz-Kollaboration entwickelt wurden. Bisher konzentrierten sich Reaktor-Antineutrino-Experimente auf laufende Reaktoren, wo der Fluss viel größer ist. Dies ist die erste direkte experimentelle Bestätigung von Vorhersagen, die Antineutrino-Emissionen aus abgeschalteten Reaktoren und abgebranntem Brennstoff beschreiben.
Warum die Anwohner es wissen sollten
Das Kraftwerk Chooz liegt in der Region Ardennen in Nordfrankreich, einem Land, das stark auf Kernenergie angewiesen ist. Für die Bewohner ist der Reaktor eine vertraute Präsenz, aber die neue Entdeckung hat Auswirkungen über die lokale Neugier hinaus. Antineutrino-Detektoren könnten schließlich Reaktoren auch dann überwachen, wenn sie offline sind, und so ein neues Werkzeug für die nukleare Sicherheit und Schutzmaßnahmen bieten.
Die in Physical Review Letters veröffentlichte Forschung zeigt, dass diese Detektoren Informationen über Kernreaktoren auch während Abschaltphasen sammeln können. Diese Fähigkeit könnte helfen zu verifizieren, dass der Brennstoff dort bleibt, wo er sein soll, auch wenn ein Reaktor nicht läuft. Die Messung bestätigt auch, dass der Zerfall langlebiger Spaltprodukte Monate oder Jahre anhält und ein schwaches, aber nachweisbares Signal erzeugt.
Der Nachweis dieses Restglühens öffnet ein neues Fenster in den Lebenszyklus von Kernbrennstoff. Er beweist, dass die Werkzeuge zur Untersuchung aktiver Reaktoren auch sehen können, was passiert, wenn sie verstummen, und bietet einen kontinuierlichen Beobachtungsfaden vom Betrieb bis zur Langzeitlagerung.
