Antineutrino-Detektoren können die Zerstörung von waffenfähigem Plutonium erkennen

Eines der Probleme beim Zerlegen von Atomwaffen ist, was mit dem übrig gebliebenen waffenfähigen Plutonium geschehen soll.

Eine naheliegende Antwort ist, es in Mischoxid-Kernreaktoren zu verbrennen, die so genannt werden, weil sie eine Mischung aus Uran- und Plutoniumoxiden verbrennen. Durch die Spaltung wird das Plutonium zerstört, sodass es nicht mehr verwendet werden kann.

Aber es gibt ein Problem. Was ist, wenn das betreffende Land das Plutonium gegen etwas anderes eintauscht, vielleicht einfaches altes Uran? In diesem Szenario könnte dieser hypothetische Zustand der Welt vorgaukeln, sie hätte entwaffnet, obwohl sie stattdessen das Plutonium bevorratet hatte.



Die Frage der Verifizierung hält Experten für nukleare Proliferation nachts wach. Sie waren also damit beschäftigt, nach einer Möglichkeit für Beobachter zu suchen, zu erkennen, was in einem Reaktor wirklich brennt.

Heute sagen Anna Hayes und Freunde vom Los Alamos National Laboratory in New Mexico, dass sie eine solche Technik entwickelt haben: Der Trick besteht darin, nach den Antineutrinos zu suchen, die der Reaktor produziert.

In den letzten Jahren haben Nuklearexperten eine Reihe von Tests durchgeführt, bei denen sie den Antineutrino-Ausstoß von Reaktoren überwacht haben. Im Prinzip könnte diese Technik verwendet werden, um illegale Reaktoren zu erkennen, und in diesem Blog haben wir uns diese Technologie angesehen Hier und hier .

Die Detektoren bestehen aus einem Bottich mit gadoliniumhaltiger Flüssigkeit, der von Schildern umgeben ist, um unerwünschte Signale abzuschirmen, und Detektoren, die nach den verräterischen Signalen einer Antineutrinoreaktion suchen. Dieser besteht aus Doppelenergiepulsen – der erste aus einer Positronen-Elektronen-Annihilation und der zweite aus einem Neutroneneinfang durch einen Gadoliniumkern.

Heute sagen Hayes und Co., dass diese Art von Detektoren nicht nur verwendet werden können, um festzustellen, ob eine Kernspaltung stattfindet, sondern auch, um welche Art von Brennstoff es sich handelt.

Der Schlüssel ist, dass die Spaltung von Plutonium-239 nur 42 Prozent der Antineutrinos emittiert, die Uran-238 tut.

Solange man also die vom Reaktor produzierte Leistung kennt, die Zahl der von ihm emittierten Antineutrinos und wie sich diese im Laufe der Zeit verändert, kann man den Anteil des an den Reaktionen beteiligten Plutoniums berechnen. Die Signale sind durch die Kombination ihrer Größe und ihrer Änderungsrate mit dem Kraftstoffverbrauch unterscheidbar, sagen Hayes und Co.

Natürlich sind die Dinge im wirklichen Leben nicht ganz so einfach. Erschwerend kommt hinzu, dass die Berechnungen von Los Alamos davon ausgehen, dass der Kraftstoff frisch ist. In der Praxis jedoch staffeln die meisten Reaktoren ihre Brennstoffzufuhr. Ein Reaktor enthält also zu jeder Zeit frischen Brennstoff, aber auch ältere Brennstoffe. Geben Sie in diesem Fall zu, Hayes und Co., die Antineutrino-Signale für diese ändern sich je nach Kernzusammensetzung.

Das scheint kein Showstopper zu sein. Und damit sieht dies nach einer vielversprechenden Technologie aus, die in Zukunft eine wichtige Rolle beim Nachweis der Zerstörung von Plutonium spielen könnte.

Ref: arxiv.org/abs/1110.0534 : Theorie der Antineutrino-Überwachung von brennenden MOX-Plutonium-Brennstoffen

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