Представлен инновационный метод для регистрации антинейтринного излучения.

Исследователи разработали детекторный элемент, который состоит из двух различных светящихся материалов: пластика и нового сцинтиллятора на основе силиката лития кальция. Эти детекторы также известны как фосвич-детекторы (от английских слов phosphor и sandwich).

Известно, что антинейтрино взаимодействует с веществом крайне слабо. Для сравнения: его пробег в стали без взаимодействия в 100 тысяч раз превышает расстояние от Земли до Солнца. Тем не менее, если антинейтрино все же контактирует с веществом, оно охотно вступает в реакции с протонами — это взаимодействие называется «обратный бета-распад». Продуктами обратного бета-распада являются позитрон и нейтрон.

В проведенном эксперименте светоизлучающий пластик служил богатой протонами мишенью для антинейтрино, где фиксировался позитрон и продукты его аннигиляции — гамма-кванты. Силикат лития кальция использовался для регистрации нейтронов, которые взаимодействуют с атомами лития.

Фосвич одновременно облучали гамма-квантами (имитируя гамма-излучение от аннигиляции позитрона) и нейтронами. Результаты превзошли все ожидания: благодаря различному времени высвечивания радиолюминесценции компонентов фосвича было видно, что гамма-кванты в основном регистрировались пластиком, а нейтроны — литий-кальциевым силиката, причем с большей точностью, чем ожидали исследователи.

Полученные результаты открывают перспективы для разработки компактных детекторов антинейтринного излучения, работающих по схеме совпадений — когда при заданной геометрии детектора сигналы от гамма- и нейтронных событий фиксируются с известным временным интервалом. Такие детекторы имеют важное значение для дистанционного мониторинга атомных станций, поскольку антинейтринный метод является единственным нефальсифицируемым способом «заглянуть внутрь» атомного реактора.

Кроме того, с помощью предложенного фосвича можно одновременно определять альфа- и бета-частицы, что применимо для дозиметрии излучений.

В проекте принимали участие ученые из Института ядерных проблем Белорусского государственного университета, а также компании «Радиационные инструменты и новые компоненты» и «АТОМТЕХ» (Минск).

Результаты исследований опубликованы в журнале Nuclear Instruments and Methods in Physics Research.