El grup d'Espectroscopía Gamma i de Neutrons de l'Institut de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV), al costat d'equips científics de França, Anglaterra i Finlàndia, ha desenvolupat un nou sistema de detecció que pretén esclarir algunes de les actuals discrepàncies entre els models teòrics i les observacions registrades en els processos de detecció de neutrins emesos en reactors nuclears
Els reactors nuclears constituïxen la major font de neutrins pacífica que coneixem hui dia. Cada fissió nuclear produïda és seguida per aproximadament sis desintegracions beta, i en cadascuna d'estes s'emet un antineutrí. Amb això, un reactor nuclear convencional produïx de l'orde de 1020 neutrins per segon.
Estes xifres donen una idea de la rellevància dels reactors nuclears en l'estudi de la física de neutrins, les partícules elementals més abundants de l'univers que al seu torn són extremadament difícils de detectar pel fet que no tenen càrrega elèctrica ni a penes massa. Gràcies a l'ús de reactors nuclears es va poder identificar per primera vegada esta elusiva partícula i, actualment, la comunitat investigadora pot estudiar les propietats dels neutrins a través de detectors situats a diferents distàncies d'un reactor nuclear.
“Les últimes mesures realitzades d'este tipus es van fer a la fi dels anys 80 i en condicions molt menys controlades respecte al que podem fer hui dia”, Alejandro Algora, investigador científic del CSIC en el IFIC, investigador principal del grup i portaveu de l'experiment
No obstant això, existixen qüestions encara no resoltes pel que fa a l'estudi dels neutrins produïts en el si dels reactors. Una d'elles és que el nombre de neutrins registrat amb un detector situat prop del reactor pot diferir en major o menor quantitat del número predit pels càlculs teòrics, i esta diferència és distinta segons el model físic que s'empre. Este assumpte s'ha denominat en la literatura ‘l'anomalia del reactor’. Un altre problema encara sense resposta és que la ‘forma’ de l'espectre de neutrins que produïx un reactor nuclear no coincidix en una regió concreta amb l'espectre predit a través dels models teòrics.
La clau per a entendre estos problemes pot estar en el mesurament dels espectres beta dels productes de fissió. És per això que el grup de Espectroscopía Gamma i de Neutrons de l'Institut de Física Corpuscular (IFIC), situat en el Parc Científic de la Universitat de València (PCUV) està liderant a nivell mundial estes mesures, en col·laboració amb grups de França, Anglaterra i Finlàndia. L'equip ha desenvolupat un nou sistema de detectors que recentment s'ha utilitzat en un experiment en la Universitat de Jyväskylä (Finlàndia) per a estudiar les desintegracions beta més rellevants des de la perspectiva d'estos problemes sense resoldre.
“Les últimes mesures realitzades d'este tipus es van fer a la fi dels anys 80 i en condicions molt menys controlades respecte al que podem fer hui dia”, afirma Alejandro Algora, investigador científic del CSIC en el IFIC, investigador principal del grup i portaveu de l'experiment. “L'avantatge és que, en instal·lacions com la de Finlàndia, és possible produir feixos de gran puresa dels isòtops d'interés, la qual cosa permet tindre un major control sobre les possibles contaminacions d'estes mesures, alguna cosa que no es podia realitzar anteriorment. També, les nostres mesures es beneficien del desenvolupament ocorregut en les últimes dècades en les tècniques d'instrumentació i anàlisi, que actualment són molt superiors a les utilitzades en el passat.”
Mesurar la forma de l'espectre de les desintegracions beta, encara que semble un estudi d'antany, pot ser la clau per a entendre què ocorre en el nucli d'un reactor nuclear i interpretar correctament l'espectre d'antineutrins emés. Entendre este espectre pot ser rellevant també per a monitorar els reactors nuclears i per a aplicacions de no-proliferació.
Notes
La foto del detector desenvolupat per la col·laboració conforma la portada del Annual Report 2023 del Departament de Física de la Universitat de Jyväskylä, en reconeixement a la rellevància d'este estudi.
Esta investigació està secundada per fons del Pla Complementari d'Astrofísica i Física d'Altes Energies (ASFAE) i per un projecte PROMETEU de la Comunitat Valenciana.