Rus fizikçiler 'geleceğin dedektörünü' geliştiriyor

Yeni dedektörle evrenin sırlarını keşfetmek için bir adım daha atıldı.
Nükleer reaktörlerin izlenmesi alanında, yeni nesil nötrino dedektörleri geliştirilmesi için dünya çapında çok sayıda çalışma sürdürülüyor. Daha etkili, daha uygun maliyetli ve daha kompakt olan yeni dedektörlerin hem ulusal ihtiyaçları hem de Uluslararası Atom Enerjsi Kurumunun (IAEA) ihtiyaçlarını karşılaması hedefleniyor. Mevcut nötrino dedektörleri, 'ters beta bozunumu'na dayanırken, yeni dedektörlerde daha verimli, daha küçük mobil cihazlara olanak sağlayan 'tutarlı nötrino-çekirdek elastik çarpışması' yaklaşımı kullanılıyor. Bugüne kadar pratikte gözlemlenmemiş temel bir fizik süreci olan nötrinoların atom çekirdeği üzerindeki uyumlu saçılımı, süpernovanın ve evrenin evrimini keşfetmek için önem taşıyor.

Rusya Ulusal Araştırmalar Nükleer Üniversitesinden (NRNU MEPhI) Rus fizikçiler, geçen eylül ayında nükleer reaktörlerin uzaktan izlenmesinin doğruluğunu neredeyse bin kat artıran bir dedektör geliştirmek için bir dizi deney gerçekleştirdi. NRNU MEPhI uzmanları, elastik tutarlı nötrino saçılımının ağır çekirdekler üzerindeki etkisine dayanan bir yaklaşıma dayanan yeni iki aşamalı emisyon dedektör ile nötrino kontrol yöntemini iyileştirmeyi başardı.

MEPhI ekibine göre bu araştırma, var olan cihazlara nazaran reaktörlere bin kat daha duyarlı bir nötrino dedektör elde edilmesine olanak sağlarken, nükleer enerji santrali reaktörüne benzeyen yüksek hacimli yapılar olan modern nötrino dedektörleri de küçük bir mobil cihaza dönüşebilecek. MEPhI ekibi, bu dedektörün ilk testlerini önümüzdeki yıl Kalinin Nükleer Santralinde yapmayı planlıyor.

Bu çalışma, dünyanın en büyük nükleer liderlerinden biri olan Rusya Devlet Atom Enerjisi Kurumu Rosatom'un desteği ile gerçekleştiriliyor. MEPhI uzmanları, nükleer enerji kullanımını daha güvenli ve daha şeffaf hale getirecek dedektörün IAEA yönetiminin de dikkatini çektiğini kaydetti. Yeni dedektörün hassasiyetinin bilimsel amaçlarla pek çok yerde kullanılabileceğinin altını çizen uzmanlar, örneğin güneşin veya süpernovanın nötrino radyasyonunun analiz edilebileceğini, içlerinde meydana gelen süreçlerin daha iyi anlaşılabileceğini vurguladı.

Nötrinoların nükleer reaksiyonlar sırasında büyük miktarlarda üretilen temel parçacıklar olduğunu belirten Rusya Ulusal Nükleer Araştırmalar Üniversitesi Deneysel Nükleer Fizik Laboratuvarının Şefi ve Proje Yöneticisi Aleksandr Bolozdynya, "Nötrino radyasyonunu analiz ederek hem reaksiyonun izotopik bileşimini hem de şu anda reaktör çekirdeğinin merkezinde neler olup bittiğini anlayabiliriz" diye konuştu.

Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Haluk Yücel ise yaptığı değerlendirmede, Rus fizikçilerin geliştirdiği dedektörü "inovatif bir buluş" olarak niteledi. Yücel, "Uzaktan nötrino ölçülmesi, dünyanın herhangi bir reaktörünün önceden belirlenmiş güvenlik ve emniyet kurallarına göre çalıştırılıp çalıştırılmadığı bilgisinin elde edilmesine olanak sağlayacaktır. Böylece nötrona dayalı çalışan tüm tesislerin amacı dışında kullanımı, nükleer emniyeti zaafa düşürecek iş ve operasyonlar anlık olarak tespit edilebilir. Bu dedektör, nükleer enerjinin barışçıl amaçlarla kullanımını garanti altına alacak teknolojik bir gelişme olacaktır. MEPhI'de yapılacak bu testler veya ORNL gibi diğer yüksek akılı nötron tesislerinde devam eden elastik tutarlı nötrino saçılım (ELSC) deneyleri ve yeni tip dedektör geliştirme faaliyetleri, aslında tüm dünya toplumlarının nükleer emniyeti açısından çok önemlidir" ifadelerini kullandı.

Amerika Penn State Üniversitesi Araştırma Görevlisi Gökhan Çorak da MEPhI uzmanlarının geliştirdiği dedektörün nükleer emniyet alanında büyük gelişmelere yol açabileceğini kaydederek, "Nötrinoların radyasyon analizine göre reaktörün gövdesinde olup bitenleri, dolayısıyla reaktördeki yakıt oranını gözlemleyebiliriz" dedi.

Çorak'a göre, bu yöntem ile tasarlanacak detektör, bilim açısından büyük gelişmelere yol açabileceği gibi güneşte ve süpernovada olan nötrino tepkimelerinin daha iyi anlaşılabilmesinin de önünü açacak.

Çorak, nötrinonun ne olduğunu ve nasıl açığa çıktığını ise şöyle anlattı:
"Nötrinolar ışık hızına yakın hıza sahip, elektriksel olarak nötr olan ve kütlesi çok küçük olan temel parçacıklardır. Bu özellikleri sayesinde maddelerin içinden etkileşmeden geçebilmektedirler ve algılanmaları oldukça zordur. Nötrinolar nükleer reaktör tepkimelerinden, belirli atomların bozunmalarından, güneşte oluşan füzyon tepkimesinden ve kozmik ışınlardan oluşan nükleer reaksiyonlar sonucunda açığa çıkabilmektedirler. Üç tip nötrino ve her tip nötrinonun birer tane de karşı nötrinosu vardır. Nötrinoların sayılabilmesi, önemli nükleer reaksiyonların anlaşılabilmesinde önemli rol oynar."

Diğer kozmik parçacıkların etkilerinden uzak olabilmek için genellikle yer altı madenlerinde inşa edilmiş, içi saf su ya da başka sıvılarla doldurulmuş depolar ve çevresindeki dedektörlerden oluşan nötrino gözlemevlerinde yapılan deneyler, bu gizemli parçacıklarla ilgili daha fazla bilgi sahibi olunmasına yardımcı oluyor. Maddeyle kolay kolay etkileşime girmeyen, kütlesi neredeyse sıfır olan ve milyarlarca yıldır evreni dolduran bu parçacık, kainat hakkında çok önemli bilgileri saklıyor. Bu nedenle nötrino deneylerinin gelecekte karanlık maddeden evrenin oluşumuna kadar pek çok sorunun cevabının bulunmasına yardımcı olabileceği öngörülüyor.