介子探測器，是利用介子向反應堆內部涌流的原理設計的核燃料探測器，這一技術主要套用於人類無法進入的核泄漏場所，如核電站的反應堆車間等，同時可用於掃描貨物貨櫃和卡車是否非法運載核物質。套用這類探測器，能在1分鐘內探測出20千克鈾。
基本介紹
- 中文名：介子探測器
- 外文名：Muon Detector
簡介,研究歷史,技術套用,
簡介
介子介子探測器，是一種尋找核泄漏原料的探測器。以2011年福島大地震為例，地震破壞了反應堆的冷卻系統後，反應堆壓力容器被熔穿，掉落到容器底部，甚至到了混凝土底層，而一些燃料可能還在容器內。為了設計出有效方法安全地移出燃料，工程師需要更多有關其位置和條件的詳細信息。對於那些冒險尋找燃料的工人而言，廠房內的輻射水平過高。即便使用系索的機器人設備探查反應堆內部情況，也需要操作者進入高輻射區域。同時，當宇宙射線撞擊高層大氣產生的無數介子正在流入反應堆內部。每分鐘，地球表面每平方米約被1萬個這種微小粒子撞擊。而且，大部分能不受干擾地流經固體物質。但也有少量按照物質的密度和厚度被吸收或反射，依據這一原理，只要捕捉從高層大氣中大量落下的從反應堆殘骸里湧出的介子，就可以得到X射線狀的圖像以便能夠精確地找到鈾。
研究歷史
20世紀50年代，物理學家首次將該現象用於研究澳大利亞地下水電設備的地質情況，20世紀60年代，科學家使用相關方法發現埃及哈夫拉金字塔內沒有隱藏的密室。數十年後，日本高能加速器研究組織（KEK）介子物理學家KanetadaNagamine表示，探測器能夠捕捉在宇宙射線碰撞中噴向一旁的介子。他建議，這些介子將被用於監測火山內的岩漿通道，加強地震預報。他還看到了介子圖像在核災區的潛力。
1986年，烏克蘭車諾比核電站反應堆爆炸後，Nagamine就提出設定介子探測器繪製受損燃料的位置，但當時的蘇聯政府並未採納該意見。2011年3月11日，9級地震和大海嘯襲擊日本，發生了有史以來第二次最嚴重的核災難，而Nagamine已經作好了準備。事故發生幾天后，他向KEK總幹事提交了一份建議，提出使用介子圖像調查福島反應器。Nagamine的校友、當時供職於美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的HaruoMiyadera也提出了相同的建議。但他們設計的處理方法有所不同。
而KEK的策略是在反應堆的側翼放置閃爍體探測器堆：塑膠製成的棒狀體，當帶電粒子撞擊時會發光。該研究團隊計畫標註介子的吸收情況，這取決於其通過的材料密度。鈾的密度比鋼或混凝土更大，因此會投下更深的介子陰影，這就使得該團隊得以判斷建築物和反應堆容器內的燃料殘留。
領銜該項目的KEK物理學家FumihikoTakasaki表示，該團隊在其他核電站中測試了該策略，這裡的工作人員“不提供任何燃料位置信息”。這些探測器發現了燃料，結果顯示這些物質從核心一直到冷卻池，其解析度足以發現第二簇乏燃料棒。
技術套用
福島核電站2015年3月，東京電力公司在遭到破壞的1號反應堆旁邊安裝了兩個KEK建造的探測器。到3月底，這些探測器可能吸收足夠的介子，以確保反應堆核心部分沒有殘餘燃料。但這些放置在反應堆外部地面上的探測器，將無法探測到那些可能流到位於地下室保護殼底部的燃料。這將需要正在研發中的機器人的幫助。
福島核電站
在2號和3號反應堆，燃料可能分散在核心位置、壓力容器和保護殼裡。為了克服相關困難，東京電力公司向洛斯阿拉莫斯團隊求助。這裡的介子探測器研究始於20世紀90年代，當時物理學家ChristopherMorris及其同事致力於尋找非侵入的方式檢測核武器。介子探測的圖像能揭示這些粒子如何被物質中的原子核打歪。而偏轉角依賴於原子核內質子的數量，確定介子掠過的元素以及爆炸的位置。
該技術已經商業化，用於掃描貨物貨櫃和卡車是否非法運載核物質。這些探測器能在1分鐘內探測出20千克鈾。該團隊在實驗反應堆里檢測了他們的技術，以證實它將適用於福島核電站，但他們面臨一個世紀問題：在2號反應堆中安裝7米乘7米的巨大探測器。提供了福島核電站六個反應堆中的兩個的東芝集團，正在建造這些探測器並將在年底安裝。
