anhchangvuitinh808
Senior Member
https://news.yale.edu/2021/02/16/new-prospect-national-security-neutrinos
Bởi Jim Shelton - ngày 16 tháng 2 năm 2021
Lò phản ứng đồng vị thông lượng cao tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge. (Tín dụng hình ảnh: Genevieve Martin, Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge qua Flickr / CC BY 2.0)
Phát hiện hạt neutrino là một nỗ lực khoa học ly kỳ, nhưng nó cũng có thể là vấn đề an ninh quốc gia.
Neutrino - cụ thể là đối tác tương ứng của chúng, phản neutrino - là những hạt cơ bản, khó nắm bắt đi qua hầu hết vũ trụ mà không bị ảnh hưởng.
Một cách mà các nhà khoa học đã cố gắng tìm hiểu neutrino là đưa ra các thí nghiệm phức tạp để phát hiện neutrino gần các lò phản ứng hạt nhân. Điều này là do neutrino được biết là được tạo ra khi chất phóng xạ phân hủy trong một phản ứng hạt nhân.
Ban đầu, các máy dò phải được đặt sâu dưới lòng đất để giảm nhiễu từ bức xạ vũ trụ. Sau đó, các nhà khoa học đã phát triển các máy dò có thể hoạt động hiệu quả trên mặt đất.
Là một phần của quá trình đo lường và phát hiện neutrino, các nhà vật lý có thể lần ra dấu hiệu của một số neutrino — đồng thời có thể cung cấp thông tin có giá trị về an toàn hạt nhân, ngăn chặn và xử lý. Các nhà khoa học cho biết, việc tinh chỉnh thông tin này có thể cho chúng ta biết những điều như liệu một lò phản ứng hạt nhân có sản xuất plutonium cấp vũ khí hay không, nơi sản xuất như vậy đang diễn ra và liệu plutonium được lưu trữ có bị tiêu hủy theo một hiệp ước hay không.
Ngày nay, khi các nhà hoạch định chính sách ở Hoa Kỳ thảo luận về khả năng tái tham gia các cuộc đàm phán hiệp ước hạt nhân với Iran và Triều Tiên, một trong những công cụ để giám sát hoạt động hạt nhân có thể đến từ các thí nghiệm máy dò neutrino - bao gồm một công cụ có một số mối liên hệ quan trọng với Yale.
Yale là đối tác chính trong thí nghiệm Dao động và Quang phổ của Lò phản ứng Chính xác (PROSPECT) , một hợp tác phát hiện neutrino nổi bật đặt tại Lò phản ứng Đồng vị Thông lượng Cao (HFIR) tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ở Tennessee.
PROSPECT nghiên cứu các phản neutrino điện tử được phát ra từ sự phân hủy hạt nhân trong lò phản ứng. Mục đích là phát hiện một dạng vật chất mới - cái gọi là "phản neutrino vô trùng." Hơn 60 nhà khoa học từ 10 trường đại học và bốn phòng thí nghiệm quốc gia cộng tác trên PROSPECT.
YaleNews đã nói chuyện với Karsten Heeger, giáo sư và chủ tịch vật lý, giám đốc Phòng thí nghiệm Wright và điều tra viên chính của PROSPECT, về cách thử nghiệm có thể cung cấp một công cụ mới để bảo vệ các lò phản ứng hạt nhân.
Cuộc trò chuyện này đã được chỉnh sửa và cô đọng.
Karsten Heeger
Mối liên hệ khoa học giữa việc phát hiện neutrino và việc giám sát chương trình hạt nhân của nước khác là gì?
Những gì chúng tôi đã chứng minh là chúng tôi không chỉ có thể phát hiện ra rằng neutrino đang đi ra từ lò phản ứng, mà còn cả đồng vị của neutrino đến từ đâu. Khi lò phản ứng hạt nhân đốt cháy nhiên liệu, thành phần đồng vị sẽ thay đổi. Chúng ta có thể thấy sự thay đổi dẫn đến sự phân bố năng lượng của các hạt neutrino ra khỏi lò phản ứng. Bằng cách thực hiện một phép đo chính xác phổ neutrino từ một lò phản ứng, chúng ta có thể nhận được dấu vết của thành phần đồng vị bên trong lò phản ứng. Tất nhiên đây là tính năng chính vì sau đó nó cho phép bạn đặt câu hỏi, "Bạn có thể phát hiện liệu nhiên liệu được làm giàu cao có đang được chuyển hướng cho các mục đích khác không?" Về cơ bản, bạn có thể nghiên cứu sự đốt cháy nhiên liệu hạt nhân và quá trình làm giàu trong lò phản ứng.
Khi nào khía cạnh an toàn hạt nhân của phát hiện neutrino nổi lên như một sự cân nhắc nghiêm túc?
Điều này đang được xem xét kỹ lưỡng ngay bây giờ, nhưng mọi người đã có ý tưởng từ khá lâu. Người ta đề nghị đặt máy dò gần lò phản ứng, về cơ bản là ngay bên cạnh cơ sở, hoặc thậm chí bên trong cơ sở. Nhưng không bao giờ rõ ràng liệu công nghệ có thể đủ tiên tiến để học được điều gì đó có ý nghĩa từ các lò phản ứng hay không. Bây giờ chúng tôi đã cho thấy điều này là có thể và các trường hợp sử dụng tiềm năng đang được nghiên cứu.
Tại sao rất khó để thu thập thông tin có ý nghĩa?
Trong lịch sử, các máy dò neutrino đòi hỏi rất nhiều sự che chắn - cái mà chúng ta gọi là "quá tải" - bởi vì neutrino tạo ra một tín hiệu mờ nhạt như vậy và có rất nhiều nhiễu nền môi trường, bao gồm cả các tia vũ trụ đến từ khí quyển. Đây luôn là một hạn chế. Khi bạn muốn thực hiện phép đo ở gần lò phản ứng hoặc bên cạnh lò phản ứng, bạn sẽ bị ảnh hưởng bởi tất cả tiếng ồn xung quanh môi trường này.
[Một] đặc điểm quan trọng của PROSPECT là nó có kích thước bằng phòng ... Chúng tôi đã ngoại suy rằng chúng tôi thậm chí có thể đặt nó lên một chiếc xe tải và đưa nó đến một lò phản ứng.
Điều mà máy dò PROSPECT đã chứng minh là chúng ta có thể đo chính xác các hạt neutrino và năng lượng đi ra từ lò phản ứng, ngay cả khi có những nền này. Chúng tôi đã thiết kế một máy dò với một chất lỏng phát hiện mới [máy soi chất lỏng pha tạp lithium] cho phép chúng tôi lấy ra chữ ký neutrino một cách tự tin. Kết quả từ PROSPECT gần đây đã được công bố trên tạp chí Physical Review D theo gợi ý của biên tập viên. Một tính năng quan trọng khác của PROSPECT là nó có kích thước bằng phòng. Nó nằm gọn bên trong tòa nhà lò phản ứng. Chúng tôi đã ngoại suy rằng chúng tôi thậm chí có thể đặt nó lên một chiếc xe tải và đưa nó đến một lò phản ứng.
Khả năng phát hiện neutrino sẽ đóng một vai trò như thế nào trong việc giám sát hạt nhân trong ngắn hạn?
Đã có một số nỗ lực thử nghiệm để theo đuổi điều này và một nghiên cứu hiện tại đang cố gắng phân loại các ứng dụng này. Nhưng có một điều chúng ta biết là các tổ chức như Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đã thiết lập các công cụ để giám sát bên trong một cơ sở lò phản ứng ít tốn kém hơn so với máy dò neutrino.
Vậy tại sao lại theo đuổi đại lộ này?
Tôi nghĩ rằng nó mang lại cho bạn khả năng tham gia khoa học với các quốc gia khác, đó là điều mà bạn không thể định giá được. Vì vậy, chúng tôi thường tự hỏi, "Làm thế nào để bạn tương tác với các quốc gia như Triều Tiên?" Bạn có thể làm giám sát, nhưng điều bạn thực sự muốn là thu hút cộng đồng khoa học và kỹ thuật ở đó. Chúng tôi có thể xây dựng một máy dò ở đó cho mục đích khoa học bên cạnh một cơ sở lò phản ứng và bạn thực sự bắt đầu làm việc với các nhân viên khoa học ở đó và xây dựng mối quan hệ. Điều đó mang lại cho bạn nhiều hơn những gì bạn học được từ việc giám sát đơn thuần.
Bạn có ngạc nhiên không khi khoa học neutrino đã tiến triển đến mức nó đang được thảo luận về mặt an ninh quốc gia?
Chúng tôi đã mất 25 năm để thực hiện phép đo đầu tiên của một hạt neutrino. Thậm chí 20 năm trước, mọi người sẽ không bao giờ nghĩ rằng có thể thực hiện một phép đo chính xác với một máy dò không nằm sâu dưới lòng đất. Nhưng chúng tôi đã thấy sự tiến bộ đáng kinh ngạc. Tôi nghĩ thật chính xác khi nói rằng vật lý neutrino hiện đã đạt đến điểm giao nhau giữa chính sách, tác động xã hội và khoa học cơ bản.
Bởi Jim Shelton - ngày 16 tháng 2 năm 2021
Lò phản ứng đồng vị thông lượng cao tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge. (Tín dụng hình ảnh: Genevieve Martin, Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge qua Flickr / CC BY 2.0)
Phát hiện hạt neutrino là một nỗ lực khoa học ly kỳ, nhưng nó cũng có thể là vấn đề an ninh quốc gia.
Neutrino - cụ thể là đối tác tương ứng của chúng, phản neutrino - là những hạt cơ bản, khó nắm bắt đi qua hầu hết vũ trụ mà không bị ảnh hưởng.
Một cách mà các nhà khoa học đã cố gắng tìm hiểu neutrino là đưa ra các thí nghiệm phức tạp để phát hiện neutrino gần các lò phản ứng hạt nhân. Điều này là do neutrino được biết là được tạo ra khi chất phóng xạ phân hủy trong một phản ứng hạt nhân.
Ban đầu, các máy dò phải được đặt sâu dưới lòng đất để giảm nhiễu từ bức xạ vũ trụ. Sau đó, các nhà khoa học đã phát triển các máy dò có thể hoạt động hiệu quả trên mặt đất.
Là một phần của quá trình đo lường và phát hiện neutrino, các nhà vật lý có thể lần ra dấu hiệu của một số neutrino — đồng thời có thể cung cấp thông tin có giá trị về an toàn hạt nhân, ngăn chặn và xử lý. Các nhà khoa học cho biết, việc tinh chỉnh thông tin này có thể cho chúng ta biết những điều như liệu một lò phản ứng hạt nhân có sản xuất plutonium cấp vũ khí hay không, nơi sản xuất như vậy đang diễn ra và liệu plutonium được lưu trữ có bị tiêu hủy theo một hiệp ước hay không.
Ngày nay, khi các nhà hoạch định chính sách ở Hoa Kỳ thảo luận về khả năng tái tham gia các cuộc đàm phán hiệp ước hạt nhân với Iran và Triều Tiên, một trong những công cụ để giám sát hoạt động hạt nhân có thể đến từ các thí nghiệm máy dò neutrino - bao gồm một công cụ có một số mối liên hệ quan trọng với Yale.
Yale là đối tác chính trong thí nghiệm Dao động và Quang phổ của Lò phản ứng Chính xác (PROSPECT) , một hợp tác phát hiện neutrino nổi bật đặt tại Lò phản ứng Đồng vị Thông lượng Cao (HFIR) tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ở Tennessee.
PROSPECT nghiên cứu các phản neutrino điện tử được phát ra từ sự phân hủy hạt nhân trong lò phản ứng. Mục đích là phát hiện một dạng vật chất mới - cái gọi là "phản neutrino vô trùng." Hơn 60 nhà khoa học từ 10 trường đại học và bốn phòng thí nghiệm quốc gia cộng tác trên PROSPECT.
YaleNews đã nói chuyện với Karsten Heeger, giáo sư và chủ tịch vật lý, giám đốc Phòng thí nghiệm Wright và điều tra viên chính của PROSPECT, về cách thử nghiệm có thể cung cấp một công cụ mới để bảo vệ các lò phản ứng hạt nhân.
Cuộc trò chuyện này đã được chỉnh sửa và cô đọng.
Karsten Heeger
Mối liên hệ khoa học giữa việc phát hiện neutrino và việc giám sát chương trình hạt nhân của nước khác là gì?
Những gì chúng tôi đã chứng minh là chúng tôi không chỉ có thể phát hiện ra rằng neutrino đang đi ra từ lò phản ứng, mà còn cả đồng vị của neutrino đến từ đâu. Khi lò phản ứng hạt nhân đốt cháy nhiên liệu, thành phần đồng vị sẽ thay đổi. Chúng ta có thể thấy sự thay đổi dẫn đến sự phân bố năng lượng của các hạt neutrino ra khỏi lò phản ứng. Bằng cách thực hiện một phép đo chính xác phổ neutrino từ một lò phản ứng, chúng ta có thể nhận được dấu vết của thành phần đồng vị bên trong lò phản ứng. Tất nhiên đây là tính năng chính vì sau đó nó cho phép bạn đặt câu hỏi, "Bạn có thể phát hiện liệu nhiên liệu được làm giàu cao có đang được chuyển hướng cho các mục đích khác không?" Về cơ bản, bạn có thể nghiên cứu sự đốt cháy nhiên liệu hạt nhân và quá trình làm giàu trong lò phản ứng.
Khi nào khía cạnh an toàn hạt nhân của phát hiện neutrino nổi lên như một sự cân nhắc nghiêm túc?
Điều này đang được xem xét kỹ lưỡng ngay bây giờ, nhưng mọi người đã có ý tưởng từ khá lâu. Người ta đề nghị đặt máy dò gần lò phản ứng, về cơ bản là ngay bên cạnh cơ sở, hoặc thậm chí bên trong cơ sở. Nhưng không bao giờ rõ ràng liệu công nghệ có thể đủ tiên tiến để học được điều gì đó có ý nghĩa từ các lò phản ứng hay không. Bây giờ chúng tôi đã cho thấy điều này là có thể và các trường hợp sử dụng tiềm năng đang được nghiên cứu.
Tại sao rất khó để thu thập thông tin có ý nghĩa?
Trong lịch sử, các máy dò neutrino đòi hỏi rất nhiều sự che chắn - cái mà chúng ta gọi là "quá tải" - bởi vì neutrino tạo ra một tín hiệu mờ nhạt như vậy và có rất nhiều nhiễu nền môi trường, bao gồm cả các tia vũ trụ đến từ khí quyển. Đây luôn là một hạn chế. Khi bạn muốn thực hiện phép đo ở gần lò phản ứng hoặc bên cạnh lò phản ứng, bạn sẽ bị ảnh hưởng bởi tất cả tiếng ồn xung quanh môi trường này.
[Một] đặc điểm quan trọng của PROSPECT là nó có kích thước bằng phòng ... Chúng tôi đã ngoại suy rằng chúng tôi thậm chí có thể đặt nó lên một chiếc xe tải và đưa nó đến một lò phản ứng.
Điều mà máy dò PROSPECT đã chứng minh là chúng ta có thể đo chính xác các hạt neutrino và năng lượng đi ra từ lò phản ứng, ngay cả khi có những nền này. Chúng tôi đã thiết kế một máy dò với một chất lỏng phát hiện mới [máy soi chất lỏng pha tạp lithium] cho phép chúng tôi lấy ra chữ ký neutrino một cách tự tin. Kết quả từ PROSPECT gần đây đã được công bố trên tạp chí Physical Review D theo gợi ý của biên tập viên. Một tính năng quan trọng khác của PROSPECT là nó có kích thước bằng phòng. Nó nằm gọn bên trong tòa nhà lò phản ứng. Chúng tôi đã ngoại suy rằng chúng tôi thậm chí có thể đặt nó lên một chiếc xe tải và đưa nó đến một lò phản ứng.
Khả năng phát hiện neutrino sẽ đóng một vai trò như thế nào trong việc giám sát hạt nhân trong ngắn hạn?
Đã có một số nỗ lực thử nghiệm để theo đuổi điều này và một nghiên cứu hiện tại đang cố gắng phân loại các ứng dụng này. Nhưng có một điều chúng ta biết là các tổ chức như Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đã thiết lập các công cụ để giám sát bên trong một cơ sở lò phản ứng ít tốn kém hơn so với máy dò neutrino.
Vậy tại sao lại theo đuổi đại lộ này?
Tôi nghĩ rằng nó mang lại cho bạn khả năng tham gia khoa học với các quốc gia khác, đó là điều mà bạn không thể định giá được. Vì vậy, chúng tôi thường tự hỏi, "Làm thế nào để bạn tương tác với các quốc gia như Triều Tiên?" Bạn có thể làm giám sát, nhưng điều bạn thực sự muốn là thu hút cộng đồng khoa học và kỹ thuật ở đó. Chúng tôi có thể xây dựng một máy dò ở đó cho mục đích khoa học bên cạnh một cơ sở lò phản ứng và bạn thực sự bắt đầu làm việc với các nhân viên khoa học ở đó và xây dựng mối quan hệ. Điều đó mang lại cho bạn nhiều hơn những gì bạn học được từ việc giám sát đơn thuần.
Bạn có ngạc nhiên không khi khoa học neutrino đã tiến triển đến mức nó đang được thảo luận về mặt an ninh quốc gia?
Chúng tôi đã mất 25 năm để thực hiện phép đo đầu tiên của một hạt neutrino. Thậm chí 20 năm trước, mọi người sẽ không bao giờ nghĩ rằng có thể thực hiện một phép đo chính xác với một máy dò không nằm sâu dưới lòng đất. Nhưng chúng tôi đã thấy sự tiến bộ đáng kinh ngạc. Tôi nghĩ thật chính xác khi nói rằng vật lý neutrino hiện đã đạt đến điểm giao nhau giữa chính sách, tác động xã hội và khoa học cơ bản.
