Оценка регистрации антинейтрино как средства для наблюдения за ядерными взрывами

Антинейтрино является единственной истинно ядерной сигнатурой реального времени от ядерного взрыва, распространяющейся на большие расстояния сквозь воздух, воду и грунт. За последние десять лет размеры и чувствительность детекторов антинейтрино значительно выросли, и этот процесс будет продолжаться и в следующем десятилетии, частично благодаря возродившемуся интересу к физике нейтрино из-за накапливающихся указаний на возможное наличие массы у нейтрино. Развитие детекторов антинейтрино и очевидный интерес к сигнатуре как средству мониторинга ядерных испытаний послужили мотивами для написания этого обзора возможностей существующих и возможных будущих детекторов как средств верификации прекращения испытаний. Существующие ионизационные детекторы с жидким сцинтиллятором, работающие на глубине в десятки метров под землей и содержащие несколько тысяч тонн активного материала, могут быть использованы для мониторинга площади в несколько квадратных километров для ядерных взрывов уровня мощности в 1 кт. Черенковские детекторы с очищенной водой с размерами, характерными для современных установок (50 000 м3) могут быть использованы для обнаружения взрывов мощностью в 1 кт на расстояниях в десятки километров. Добавление в очищенную воду поглощающих нейтроны добавок (хлорида натрия или гадолиния) позволят увеличить радиус обнаружения до примерно 1000 км при чувствительности в импульсе в 10 антинейтрино для взрыва в 1 кт. За пределами 1000 км фон от ядерных реакторов во всем мире будет слишком большим (для этой предполагаемой мощности сигнала). Технические проблемы создания таких детекторов будут весьма значительными. Размеры детектора с добавками с радиусом обнаружения в 100 км, подходящего для кооперативного мониторинга существующих полигонов для ядерных испытаний, будут примерно в 60 раз больше самого большого из существующих водных детекторов, а количество фотоумножителей будет в десятки раз больше того, которое используется сейчас в крупных физических экспериментах. Капитальные затраты (в основном на фотоумножители, на земляные работы и на поддержку высокой степени радиационной чистоты) будут составлять несколько миллиардов долларов, даже для детектора с такими умеренными характеристиками. Детекторы, способные обнаружить взрыв в 1 кт на расстоянии всего в несколько километров, все равно будут стоить десятки миллионов долларов. Из-за этих ограничений практическое применение этого метода для обнаружения ядерных испытаний в обозримом будущем останется практически недоступным.

Оригинал статьи на английском языке | PDF файл статьи на русском языке