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Karte der Neutrinos der Welt enthüllt nukleare Aktivität, wo immer sie passiert
Was nützliche Entdeckungen betrifft, sah das Neutrino nicht vielversprechend aus. Diese gespenstischen Teilchen werden von der Sonne, von radioaktiven Elementen und von Kernreaktoren erzeugt, aus denen sie mit null Ladung, fast ohne Masse und einer fast völligen Gleichgültigkeit gegenüber Materie nach außen rasen.
Diese allererste Karte der globalen Neutrinoemissionen hebt die Konzentrationen natürlicher radioaktiver Elemente und der vom Menschen verursachten Kernspaltung hervor.
Letzte Woche, Wissenschaftler veröffentlichten eine Karte zeigt, wie die Welt aussehen würde, wenn wir all die Milliarden und Abermilliarden von Neutrinos sehen könnten, die jede Sekunde von der Oberfläche des Planeten ausgehen. Es stellt sich heraus, dass die Unbezähmbarkeit von Neutrinos möglicherweise schlecht ist, wenn Sie versuchen, etwas zu verbergen, das in einem Kernkraftwerk vor sich geht, aber gut, wenn Sie die nuklearen Aktivitäten anderer Leute überwachen möchten. Dunkle Flecken auf der Karte deuten auf Kernreaktoren und Teile der Erdkruste hin, die reich an radioaktivem Uran und Thorium sind, die beim Zerfall Neutrinos emittieren.
Die Technologie zum Aufspüren der Spuren schwer fassbarer Neutrinos hat sich seit der ersten offiziellen Entdeckung im Jahr 1956 in der Atomanlage Savannah River in South Carolina weiter verbessert. Während die meisten Detektoren mit dem Ziel gebaut wurden, die Natur und das Verhalten von Neutrinos zu untersuchen, beginnen Wissenschaftler, den Einsatz von Neutrino-Detektoren zur Untersuchung des Erdinneren und zur Überwachung nuklearer Aktivitäten in Betracht zu ziehen.
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Die Karte, veröffentlicht in Naturwissenschaftliche Berichte , wurde unter Verwendung von Neutrinosignalen erstellt, die in zwei Detektoren, einem in Italien und einem in Japan, aufgenommen wurden, sagt William McDonough, Geophysiker an der University of Maryland und Mitautor des Papiers. Der Rest der Karte wurde anhand von Daten über die Zusammensetzung und Dichte der Erdkruste und den Standort der Reaktoren der Welt erstellt.
Dunkle Flecken erscheinen um Bergketten herum, wo es viele natürlich vorkommende radioaktive Zerfälle gibt, sagt er. Der Himalaya ist für einen massiven dunklen Fleck über Südasien verantwortlich. Einige der dunklen Flecken sind Reaktoren, besonders in Frankreich. (Technisch gesehen werden die aus Kernkraftwerken Antineutrinos genannt – das Antimaterie-Gegenstück zu Neutrinos – aber die Unterschiede zwischen den beiden Arten von Teilchen werden noch ausgearbeitet.)
Was Neutrinos überhaupt nachweisbar macht, ist die Tatsache, dass es viele davon gibt. Die Detektoren verwenden Mineralöltanks in der Größe eines Wohnhauses, durch die jede Sekunde Billionen von Neutrinos ungehindert passieren. Aber hin und wieder trifft einer von ihnen genau so auf den Kern eines Wasserstoffatoms, vernichtet ein Proton und hinterlässt andere Teilchen – ein Positron und ein Neutron – die ein Signal registrieren.
Das Auffinden geheimer Reaktoren ist nicht so wichtig wie die Überwachung bekannter Reaktoren, sagt der Physiker Patrick Huber von Virginia Tech. Reaktoren geben Wärme ab, die mit infrarotempfindlichen Satelliten leicht erfasst werden kann. Wir wussten, wo all die sowjetischen Reaktoren stehen, und jetzt wissen wir, wo sie in Russland und Nordkorea stehen. Was wir nicht immer wissen, ist, wie und wann sie verwendet werden.
In jedem Land, in dem internationale Verträge den Zugang erlauben, sagt Huber, könnten kleine, kühlschrankgroße Neutrino-Detektoren in der Nähe platziert werden, um festzustellen, ob Reaktoren unerwartet ein- oder ausgeschaltet wurden. Darüber hinaus, sagt er, haben Neutrinos aus verschiedenen Quellen eine charakteristische Energiesignatur, die verwendet werden kann, um Plutonium von Uran zu unterscheiden und möglicherweise zu enthüllen, ob jemand Plutonium aus einem Kernreaktor umgeleitet hat.
Ein riesiger Neutrino-Detektor könnte sich auch für die globale Überwachung als nützlich erweisen, sagt Lindley Winslow, ein Neutrino-Physiker am MIT, der nicht Teil der Kartengruppe war. Es gibt einen Mega-Detektor namens Juno, der 2020 in China in Betrieb gehen soll, sagt sie, obwohl das in erster Linie darauf abzielt, grundlegende Fragen über die Natur des Universums zu beantworten. Der Unterschied zwischen Neutrinos und Antineutrinos könnte die Antwort darauf enthalten, warum das Universum mehr Materie als Antimaterie produziert hat, wodurch die Welt existieren konnte, sagt sie.
Diese großen Fragen über die Natur der Existenz haben den Fortschritt der Neutrino-Erkennungstechnologie vorangetrieben, sagt Huber, aber er freut sich, dass die Bemühungen die nukleare Sicherheit verbessern könnten. Wenn du Teilchenphysiker wirst, gehst du davon aus, dass alles, was du tust, in einem Elfenbeinturm sein wird … dass alles Grundlagenforschung ohne praktische Anwendungen sein wird, sagt er. Aber wie Sie sehen können, ist das nicht ganz richtig.
Diese Geschichte wurde am 15. September aktualisiert, um das Jahr und den Zustand der ersten Beobachtung des Neutrinos zu korrigieren.