Ученые из Вирджинского политехнического института оценили эффективность использования специализированных детекторов для предотвращения скрытого производства оружейных материалов в перспективных термоядерных установках.
Эта научная работа призвана дополнить переход управляемого термоядерного синтеза из стадии лабораторных изысканий в фазу промышленного проектирования. Специалисты отмечают, что будущие реакторы, работающие на дейтерий-тритиевой смеси, будут генерировать мощные потоки нейтронов с энергией 14,1 МэВ. Хотя это необходимо для получения энергии, такие потоки создают риски для незаконной трансмутации изотопов.
В отличие от традиционных атомных электростанций на реакциях деления, термоядерный синтез не требует использования делящихся материалов, что делает его безопасным с точки зрения режима нераспространения. Тем не менее существует гипотетическая угроза: если в бланкет — зону, окружающую плазму и поглощающую энергию нейтронов, — тайно поместить уран-238, под воздействием нейтронного потока он будет преобразовываться в плутоний-239, пригодный для создания ядерного оружия.
Авторы изучили две передовые конфигурации бланкетов: на основе расплавленных солей (FLiBe с 20%-ным обогащением литием-6) и схему с двойным теплоносителем (DCLL), где концентрация изотопа достигает 90%. Эти архитектуры по-разному влияют на спектр вторичных частиц и фоновое излучение.
Предложенный метод мониторинга базируется на регистрации антинейтрино — элементарных частиц, возникающих в ходе ядерных реакций. Поскольку их невозможно экранировать, они служат «информаторами» всех процессов, протекающих внутри реактора.
Суть подхода состоит в фиксации специфического антинейтринного сигнала, который сопровождает деление тяжелых ядер (включая наработанный плутоний-239). Ученые провели численное моделирование работы тороидального реактора тепловой мощностью 1500 МВт, учитывая как естественный космический фон, так и штатное излучение установки.
Исследование продемонстрировало, что даже при накоплении всего нескольких килограммов плутония-239 детектор массой около одной тонны, работающий на принципе обратного бета-распада (IBD), способен выявить отклонение от нормы всего за 30 дней эксплуатации.
Важным преимуществом является возможность удаленного размещения оборудования. Детектор можно установить вне реакторного зала: он эффективно «просвечивает» десятки метров железобетонных конструкций, позволяя осуществлять международный контроль, не прерывая технологический процесс и не вмешиваясь в работу энергетической установки.
Физический анализ показывает, что сигнатуры антинейтрино позволяют четко отделить «полезную» энергию от продуктов превращения урана. Различные типы бланкетов дают уникальные фоновые показатели, которые при статистической обработке легко отделяются от сигнала наработки делящихся материалов.
Ученые подчеркивают, что такая концепция обеспечивает «безопасность на этапе проектирования», позволяя верифицировать мирный статус термоядерных объектов без доступа внутрь реактора. Фактически законы физики становятся инструментом инспекции, превращая скрытое производство из незаметного параметра в фиксируемую физическую величину.
Источник: iXBT
