Nuklearne elektrane - Misterija

Gost

Izmeren treći tip oscilacija neutrina

Istraživanja u reaktorima elektrane „Daja bej” na jugu Kine pomoći će u razumevanju dominacije materije nad antimaterijom u svemiru

Nuklearne elektrane - Misterija Daja-Baj-02

Fizičari iz Narodne Republike Kine i Sjedinjenih Američkih Država došli su do novog otkrića u proučavanju neutrino čestica, koje bi moglo da objasni dominantnost materije nad antimaterijom u svemiru. Očekuje se da će istraživanje subatomskih čestica, sprovedeno u nuklearnoj elektrani na jugu NR Kine, odrediti budućnost fizike čestica, ocenila je kineska državna novinska agencija Sinhua, a prenosi Tanjug.

Prema podacima prikupljenim u dva nuklearna reaktora elektrane „Daja bej” u provinciji Guangdong, naučnici iz više zemalja su potvrdili i izmerili treći tip oscilacije neutrina, izjavio je u Pekingu Vang Jifang, predsednik kineskog Instituta za fiziku, koji radi u sklopu Kineske akademije nauka.

Neutrino – elementarne čestice koje su preplavile svemir u najranijim momentima posle Velikog praska konstantno nastaju u središtu zvezda i drugih nuklearnih reakcija. Putujući gotovo brzinom svetlosti, tri osnovna tipa ovih čestica: elektronski, mionski i tau neutrino, kao i njihove odgovarajuće antičestice, mešaju se i osciliraju. Tu aktivnost je, međutim, izrazito teško otkriti.

Dva tipa neutrinskih oscilacija, solarna i atmosferska, potvrđena su u eksperimentima izvedenim tokom šezdesetih i devedesetih godina prošlog veka, dok treći tip oscilacije nije detektovan pre eksperimenta „Daja bej”.

Naučnici su od decembra prošle godine posmatrali desetine hiljada interakcija elektronskih antineutrina unutar šest detektora instaliranih u brdima pored snažnih nuklearnih reaktora, naveo je Vang.

Podaci su prvi put pokazali snažne signale efekta za kojim su naučnici tragali, tzv. ugla mešanja, nazvanog teta 1/3, novog tipa oscilacije neutrina, dodao je Vang.

„Iznenađujuće je velik. Naša precizna merenja upotpuniće razumevanje neutrinskih oscilacija i utrti put budućem razumevanju asimetrije materije i antimaterije u svemiru”, rekao je Vang.

Naučnici smatraju da je snažna vrelina Velikog praska stvorila jednaku količinu materije i njenog „odraza u ogledalu” – antimaterije.

Međutim, budući da čovečanstvo živi u svetu u kome je materija izrazito dominantna, fizičare je zbunjivao očigledan „nestanak” antimaterije.

Kineski fizičari predložili su istraživanje trećeg tipa oscilacije neutrina putem proučavanja čestica proizvedenih u nuklearnim reaktorima i merenjem amplitude oscilacija, izjavio je akademik i direktor Kineskog društva fizičara Džao Guangda, navodeći da će novo istraživanje „odrediti budućnost fizike čestica”.

„Misterija zašto antimaterija nestaje može biti rešena”, dodao je Džao.

Fizičar kalifornijskog univerziteta „Berkli” Kam-Biu Luk rekao je da će rezultati istraživanja takođe predstavljati veliki doprinos razumevanju uloge neutrina u evoluciji osnovnih tipova materije nastale u najranijim trenucima nakon Velikog praska.

„Ostvarili smo izvanredan uspeh u detektovanju elektronskih antineutrina koji nestaju na putu od reaktora do detektora udaljenih dva kilometra”, naveo je Luk.

R. S.

Politika Online 26. april 2012.

Gost

Neotrini

Svake sekunde Sunce izrači 3,86x1026J energije, ali samo jedan mali deo ove energije dospe na Zemlju. Elektromagnetno zračenje, koje do nas stiže, potiče iz relativno tankog površinskog sloja. Dublji slojevi Sunca su neprozračni pa unutrašnjost Sunca nije dostupna direktnim posmatranjima. Međutim, jedan mali deo energije proizvedene u Suncu i zvezdama prelazi direktno iz njihove unutrašnjosti u kosmički prostor u vidu neutrina.

Neutrini su nenaelektrisane subatomske čestice, veoma male mase, koje se kreću skoro brzinom svetlosti. Postojanje neutrina predvideo je Wolfgang Pauli 1934. godine, a Enrico Fermi nazvao je Paulijevu česticu malim neutronom, odnosno neutrinom na italijanskom .

Neutrino je uz foton najbrojnija čestica u svemiru. Neutrini koje primamo sa Sunca nastaju u termonuklearnim reakcijama u Sunčevom jezgru. Prema teoriji, sa Sunca dolazi ogroman broj neutrina, a svake sekunde kroz naše telo prođu hiljade milijardi ovih čestica. Međutim samo jedna od tolikog broja biva zaustavljena prilikom prolaska kroz Zemlju. Razlog tome je njihova izuzetno slaba interakcija sa okolnom materijom.

Neutrini skoro uopšte ne interaguju sa materijom. Fotoni imaju poprečni presek za interakciju reda 10-16 do 10-24
cm 2, dok je poprečni presek za interakciju neutrina 10-44cm2. Zbog toga γ kvantu proizvedenom u unutrašnjosti Sunca potrebno je milion godina da na svom putu do površine Sunca bude transformisan u foton vidljive svetlosti i da napusti Sunce. Za razliku od fotona neutrini napuštaju Sunce samo nekoliko sekundi od svog nastanka, a do Zemlje stižu za 8 minuta. Prema tome, neutrini, bar teoretski, pružaju mogućnost da se dobiju direktne informacije o tome šta se dešava u centru Sunca.

Slobodan put neutrina je veoma dugačak i obrnuto je srazmeran gustini materije i energiji neutrina. Npr. Zemlja, pa čak i zvezde, prozračne su za neutrine energije do oko 1 MeV, dok za neutrine energije oko 1 TeV (1012eV) Zemlja postaje neprozračna. Za energije neutrina manje od oko 1MeV efikasni presek je proporcionalan kvadratu, a za energije veće od oko 1 GeV prvom stepenu energije neutrina.

Nastanak neutrina

Prvi neutrini stvoreni su još u Velikom prasku. Procene o količini neutrina nastalih u ‘big bengu‘su da u svakom kubnom centimetru svemira ima oko 400 neutrina .

Sunčevi neutrini nastaju u procesu nuklearne fuzije u jezgru. Pored Sunčevih neutrina postoje i atmosferski neutrini koji se javljaju usled sudara kosmičkih zraka s molekulima u atmosferi. Takođe, neutrini nastaju usled prirodne radioaktivnosti Zemlje, tj. raspadom jezgara 238U i 232Th, a i kao posledica eksplozije supernove.

Kod akceleratora gde se visokoenergetski snopovi protona sudaraju sa atomskim jezgrima u materiji stvara se veliki broj slobodnih čestica od kojih se mnoge raspadaju u razne vrste neutrina. Time se stvaraju vrlo intenzivni snopovi neutrina.Glavni veštački izvor neutrina su nuklearni reaktori koji u proseku proizvedu 50.000 ovih čestica
u sekundi.Sunce proizvodi svoju energiju termonuklearnom fuzijom na temperaturama višim od 107K.

Najvažniji termonuklearni proces u Suncu je proton-proton lanac:
1H +1H → 2H + e++ νe 1H +2H → 3He + γ3He +3He → 4He +1H +1H

Energija neutrina dobijenog pp-fuzijom je oko 0,26MeV.

Zvezde koje sadrže veću količinu težih elemenata stvaraju svoju energiju u CNO ciklusu:
12C + 1H → 13N + γ13N → 13C + e++ νe13C + 1H → 14N + γ 14N + 1H → 15O + γ 15O → 15N + e++ νe15N + 1
H → 12C + 4HeCNO-neutrini imaju tri do četiri puta veću energiju od pp-neutrina.

91% Sunčevih neutrina nastaje u reakciji
1H +1H → 2H + e++ νe , 7% u reakciji e-+7Be → 7Li + νe, a svega 0,01% u 8B → 8Be + e++ νe.

Neutrini bi u Suncu trebali nastajati brzinom od 2·1038neutrina·s-1, što odgovara fluksu na Zemlji od 6,5·1014neutrina·m-2s-1 .

Procenjeno je da na svaki proton ili elektron u svemiru postoji oko milijardu neutrina. Ukupno 3% energije koju oslobađa Sunce otpada na neutrine, ali se znatno veća količina neutrina oslobađa prilikom kolapsa masivnih zvezda.

poincare.matf.

Gost

Početak istraživanja neutrina

Krajem 19. veka otkriveno je da radioaktivni elementi emituju tri različite vrste čestica nazvane: alfa, beta i gama. Za otkriće neutrina važan je takozvani beta raspad radioaktivnih elemenata. Beta raspad
može biti beta plus(β+) : p+→n0+e++ νe i beta minus (β-): n0 → p++e-+νe .
Primećeno je da kod beta raspada elektron ima čitav niz različitih energija,tj. kontinualni spektar što je u sukobu sa zakonom o očuvanju energije . Postavilo se pitanje da li je moguće da u mikrofizici nema očuvanja energije. Međutim , austrijski fizičar Wolfgang Pauli nije mogao da se pomiri sa tom idejom[2].

Dr Wolfgang Pauli, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1945

Pretpostavio je da kod beta raspada u konačnom stanju mora postojati još jedna čestica. Ona je bez naelektrisanja i tako slabo interaguje sa materijom da je mi ne detektujemo, ali ona odnosi energiju koja je navodno izgubljena. Pauli je tu česticu nazvao neutron i smatrao je da je ona bez mase. Sam nije bio zadovoljan svojim predlogom iz razloga što tu česticu nije bilo moguće meriti. Godine 1930. Pauli šalje svoj rad seminaru za fiziku u Nemačkoj na kome se diskutovalo o problemu beta raspada. On nije otišao na seminar jer nije želeo da propusti svečani bal na svom institutu, kako je sam napisao u pismu upućenom članovima seminara [9].Italijanski fizičar Fermi nazvao je tu česticu neutrino, što na italijanskom znači mali neutron. Fermi je na Paulijevoj pretpostavci konstruisao novu teoriju fizike slabih sila koja je protumačila beta
raspad, gde se neutron raspada u proton, elektron i antineutrino (n0 → p++e-+νe).

Naime, energiju raspada koja je jednaka razlici početnog i krajnjeg stanja međusobno dele elektron i antineutrino. Raspodela nije uvek ravnomerna i zavisi od toga koliku je energiju odneo antineutrino.Godina 1930. donela je teorijsku egzistenciju neutrina, a tek 1956. ekperimentalno je potvrđeno njegovo postojanje.

poincare.matf.

Gost

Detekcija neutrina

Pri normalnim uslovima kroz svaki kvadratni centimetar Zemlje prolazi 60 miliona neutrina svake sekunde, ali samo jedan od milijardu interaguje sa materijom kroz koju prolazi, i upravo ih ta slaba interakcija čini izuzetno teškim za detektovanje.

Problem slabe interakcije neutrina sa materijom zahteva detektore sa velikom masom i veliki intenzitet neutrina. To je bio razlog što je neutrino bio tako kasno eksperimentalno otkriven. Pomoću savremene opreme moguće je vršiti eksperimente sa neutrinima.
Neke od mogućih interakcija neutrina s ostalom materijom su [3]:
• Izbijanje elektrona iz elektronskog omotača atoma. Potrebna energija neutrina je nekoliko
MeV-a.
• Odbijanje neutrina od jezgra. Može se detektovati samo ako razbije jezgro, ali potrebne su
energije neutrina od nekoliko stotina MeV-a, koju Sunčevi neutrini nemaju.
• Interakcija s elektronom ili jezgrom i pretvaranje elektronskog neutrina u mionski ili tau
neutrino (v.str.11.).
• Obrnuti beta-raspad. Za razliku od prethodnih interakcija, u ovu može stupiti samo
elektronski, a ne i mionski ili taonski neutrino.
Jedinica kojom se meri interakcija je SNU (Solar Neutrino Unit), a odgovara jednoj interakciji po
sekundi po 10
36
atoma.
Fizičari F. Reines i C. L. Cowan su 1956. godine ispitivali reakciju: νe+p
+
→n
0
+e
+
,
pretpostavljajući da nuklearni reaktori proizvode neutrinski fluks od 10
12
-10
13
neutrina u sekundi po cm
2
(sl.3.). Svoj eksperiment sproveli su u Savanaah River reaktoru (SAD). U sudaru antineutrina s protonom, neutrino proizvodi pozitron koji u mešavini od 200 litara vode i 40 kg hlora daje signal u vidu γ fotona koji se registruje sa 110 fotomultiplikatora [10].

Tako je 1956. godine prvi put ekperimentalno potvrđeno postojanje neutrina. To je bio značajan događaj, ali je u naučnim krugovima prihvaćen sa rezervom što je doprinelo da Riensu bude dodeljena Nobelova nagrada za fiziku tek 1995.

Raymondov eksperiment

Pontecorvo, Fermijev učenik, predložio je da neutrino može apsorpcijom u jezgru atoma da pretvori element sa atomskim brojem x u element atomskog broja x+1. Na primer, izotop hlora (
37
Cl)preko reakcije: νe+n→p+e
-
u izotop argona (
37
Ar). U tom slučaju broj atoma argona meri količinu Sunčevih neutrina [2].

Otkriću Sunčevih neutrina doprineo je radiohemičar Ray Davis u novoosnovanoj grupi za
hemiju u Brookhaven nacionalnoj laboratoriji. On je naišao na predlog italijanskog fizičara Pontecorva i
razvio je radiohemijski pilot projekat kako pronaći mali broj elemenata argona u tečnom hloru. Nakon tog
pilot projekta sagradio je 1964. godine ogromni rezervoar sa 615 tona tetrahloretilena (C2Cl4) koji je
sadržao 25%
37
Cl kao detektora (sl.4.). Tetrahloretil je tečnost bogata hlorom koja se koristi kao sredstvo za čišćenje.On je pokušao da dobije radioaktivni izotop argona u reakciji neutrina sa izotopom hlora
(obrnuti beta-raspad)
0ν
0
+ 17Cl
37
→ 18Ar
37
+1(-)β
0
.
Bile su potrebne velike količine hlora jer je verovatnoća reakcije mala. Da bi se smanjio uticaj kosmičkih zraka, bazen je bio smešten duboko pod zemljom, u napuštenom rudniku zlata Homestak, u Južnoj Dakoti, SAD. Dejvis je proračunao da će sa atomima hlora u bazenu svakog meseca reagovati oko
20 neutrina, što će stvoriti 20 atoma
37
Ar. On je kroz tetrahloretilen propuštao helijum za koji su se argonovi atomi pripajali i tako ih je izdvajao i brojao. Da bi došlo do obrnutog beta-raspada hlora, neutrino treba da ima mnogo veću energiju od neutrina koji nastaje u p-p lancu u Suncu. Za ovaj eksperiment bila je potrebna energija od 0,814MeV, tako da su mogli biti detektovani samo neutrini CNO ciklusa iz reakcije
8
B → 8
Be + e
+
+ νe.
Ovaj eksperiment je trajao do 1994. Izdvojeno je oko 2000 argonovih atoma. Taj rezultat bio je neočekivano mali, samo jedna trećina od predviđenog. Izmereni fluks neutrina bio je 2.56±0.16 SNU, a
teorija je predviđala 7.7±1.3 SNU.

poincare.matf.

Gost

GALLEX I SAGE

Godine 1990. i 1991. započinje se sa dva ekperimenta, SAGE I GALLEX, radi detektovanja niskoenergetskih neutrina čija je količina nastajanja određena Sunčevom luminoznošću i koji su neosetljivi na manje promene u Sunčevom modelu [3]. Oba su koristila sledecu reakciju :31Ga
71
+0ν
0
→ 32Ge
71
+1(-)β
0
.

SAGE ( Soviet-American-Gallium Experiment) smešten je pod zemljom na Kavkazu, a GALLEX u podzemnoj labaratoriji Gran Sasso blizu Rima. SAGE je koristio čisti metalni galijum dok je GALLEX koristio otopljeni galijum. Energetski prag oba eksperimenta je 0.233MeV što je dovoljno za detekciju neutrina iz p-p lanca.
Teorijski je predviđeno 129±9 SNU. Međutim, dobijene vrijednosti, 75±7SNU (SAGE) i
78±5 SNU (GALLEX) opet pokazuju značajno odstupanje.

Kamiokande detektor

Nedostatak Sunčevih neutrina potvrdio je i noviji detektor Kamiokande (Kamioka Nucleon Decay Experiment) koji je konstruisao japanski fizičar Masatoši Košiba . Detektor je bio ogroman tank napunjen vodom i smešten u rudniku cinka, 1 km pod zemljom u Kamioki [2].Kamiokande detektor
Godine 1987. dogodila se eksplozija supernove 170000 svetlosnih godina daleko, u Velikom Magelanovom oblaku. Ekplozija supernove emitovala je energiju 1000 milijardi puta veću nego što Sunce izrači u godinu dana. Izračunato je da je sa te zvezde došlo deset triliona neutrina od kojih je Košiba na Kamiokande detektoru registrovao samo 12. Tek nakon dva sata je stigao i svetlosni signal (neutrino putuje kroz zvezdu brže od svetlosti). Time su se eksperimentalno potvrdila predviđanja teorijskih modela
o razvoju zvezda i gravitacionom kolapsu. Tako se može reći da je 1987. započela neutrinska astronomija zvan naše galaksije.

Košiba je 1996. konstruisao još veći detektor Super-Kamiokande, koji je zapravo bio nadograđen Kamiokande . Radi na principu detekcije Čerenkovljevog zračenja u bazenu vode koje nastaje kad
upadni visokoenergetski neutrino izbije elektron iz molekula vode. Čerenkovljevo zračenje nastaje kad se čestica kreće kroz datu sredinu brzinom većom od brzine svetlosti u toj sredini. Voda se nalazi u podzemnom bazenu zapremine 50000m3
. Detektor raspoznaje intenzitet i smer Čerenkovljevog zračenja. Energetski prag detekcije neutrina je visok, 5,5MeV, pa Super-Kamiokande detektuje visokoenergetske
neutrine iz reakcije raspada bora.Značaj Super-Kamiokande detektora je u tome što dobijeni podaci daju intenzitet i smer impulsa izbijenog elektrona i upadnog neutrina. Tako se neutrini sa Sunca mogu razlikovati od uticaja kosmičkog
zračenja i Zemaljskih izvora neutrina. On takođe omogućava praćenje razlike neutrinskog fluksa danju i noću, i razlikovanje energije upadnih neutrina.
Godine 1998. Super-Kamiokande otkrio je i prve dokaze o postojanju razlike između masaelektronskog i mionskog neutrina, tj. dokaze o oscilaciji neutrina tokom kojih prelaze iz jedne vrste u drugu. Postoje tri oblika neutrina- elektronski, mionski i tau neutrini (νe,νμ i ντ). Imena su dataprema interakcijama u kojima su neutrini povezani s ostalim leptonima: elektronom, mionom i tauonom.Prelazak neutrina iz jedne vrste u drugu je moguć samo ako neutrini imaju masu. To otkriće je dovelo do otvaranja novih pitanja. Da li neutrini mogu da objasne deo problema nedostajuće mase u
svemiru? Takođe, oblaci neutrina koji imaju masu mogli su da dovedu do gravitacionog sažimanja materije i nastanka prvih zvezda i galaksija.

Neutrinski detektori nove generacije

Novu generaciju detektora čine Super-Kamiokande u Japanu, Sudbury Neutrino Observatory (SNO) u Ontariu u Kanadi, Borexino u Italiji. Trenutno se gradi još detektora, KamLand, ICARUS, HELLAZ, LENS, SIREN, Iodine, HERON, CLEAN.

SNO je neutrinski teleskop izgrađen u Sadberiju u Kanadi 2 km ispod zemlje u rudniku nikla Kao i Super-Kamiokande, radi na principu Čerenkovljevog efekta ali sadrži tešku vodu. Zbog interakcije s deuterijskim jezgrima može razlikovati elektronske od tau i mionskih neutrina. Oko centralne sfere od providne plastike napunjene sa hiljadu tona teške vode nalazi se 9600 velikih fotomultiplikatora koji analiziraju slabe bljeskove nastale zbog interakcije neutrina sa teškom vodom. Detektor je zaštićen od kosmičkih zraka sa 2km stena iznad, a od drugih oblika zračenja sa 7000 t izuzetno čiste vode.

Borexino je detektor niskoenergetskih neutrina koji nastaju raspadom berilijuma. Detektor je baziran na scintilacijskoj spektroskopiji, a osjetljiv je na neutrinske oscilacije i MSW-efekt .
Na Južnom polu , počeo je 1997. da radi neutrinski teleskop AMANDA (Antarctic Muon And Neutrino Detector Array), koji se sastojao od 302 optičkih modula postavljenih u ledu na dubinu od 1500 do 2000 m. AMANDA detektor je 30 puta osetljiviji na neutrine od Super-Kamiokande detektora. Nastavak ovoga je projekat “Kocka leda”, na istom mest. Predviđeno je da 4800 fotomultiplikatora bude raspoređeno u 80 nizova među kojima je razmak 125 m a ukupna površina celog uređaja je oko 1 km2
Neutrinski teleskop je u ledu na dubini od 1.4 do 2.4 km tako da mu je ukupna
veličina jedan kubni kilometar .

Klasična astronomija uglavnom dobija informacije pomoću elektromagnetnih teleskopa. Međutim, nedostatak elektromagnetnih talasa je što mogu biti lako apsorbovani na svom putu kroz međuzvezdanu materiju. Upravo je u tome značaj neutrinske astronomije. Neutrini predstavljaju idealne nosioce informacija iz područja svemira koja su nepristupačna za elektromagnetsku detekciju.
Za ovakva posmatranja potrebni su neutrinski teleskopi sa rezervoarima reda veličine nekoliko kubnih kilometara. Zato se koriste prirodni rezervoari materije, odnosno mora ili jezera. Merenje neutrina se vrši indirektno preko miona. Mion se stvara kod slučajnog sudara neutrina sa jezgrima atoma vode ili leda i pravac miona dovoljno tačno pokazuje pravac neutrina. Kako mion ima veću brzinu u vodi ili ledu proizvodi Čerenkovljevo zračenje. Ti slabi svetlosni bljeskovi se pojačavaju preko fotomultiplikatora.
Cilj ovih eksperimenata je studija o nastanku i nestanku galaksija, proučavanje supernovih,neutronskih zvezda i crnih rupa, kao i proučavanje tamne materije.

poincare.matf

Gost

Problem neutrina

Kao što smo videli u prethodnom poglavlju, svi izvršeni eksperimenti sa Sunčevim neutrinimaukazivali su na manji neutrinski fluks u odnosu na teorijski predviđene vrednosti. Eksperiment sa hlorom mao je najveće odstupanje, zatim sledi Super-Kamiokande a najmanje odstupanje imao je eksperiment sa galijumom. To je pakazalo da nedostatak neutrina zavisi od energije. Postojalo je više mogućih rešenja problema neutrina: standardni model Sunca je pogrešan, deo neutrina se negde gubi na svom putu ka zemlji ili su termonuklearne reakcije u jezgru Sunca počele da slabe.
Fauler je 1972. godine predložio jedno rešenje. On je smatrao da je problem neutrina u tome štoSunce zrači slabije nego što je to bio slučaj pre milion godina. Naime, γ kvantu proizvedenom u jezgru Sunca potrebno je milion godina da na svom putu ka površini bude transformisan u foton vidljivesvetlosti i da stigne do nas, tako da luminoznost koju danas merimo odgovara energiji proizvedenoj u Suncu pre više miliona godina. Za razliku od vidljive svetlosti, neutrinski fluks iz unutrašnjosti Sunca
stiže do nas za 8 minuta .

Drugo objašnjenje bilo je da je standarni model Sunca nedovoljno tačan. Ako bi temperatura u jezgru bila niža, prema prihvaćenoj teoriji broj nastalih neutrina bio bi manji. Pri smanjenju temperature za 10% u odnosu na predviđanje standardnog modela i dalje bi bio moguć nastanak
4
He, ali ovaj proces bio bi praćen nastankom manjeg broja neutrina. Ali, ako bi temperatura jezgra Sunca bila toliko manja smanjio bi se i ukupan sjaj Sunca. Pored toga, program GONG je eksperimentalno isključio mogućnost da je temperatura jezgra manja od 15x10
6
K.

Ipak, po nekim teorijama, u unutrašnjosti Sunca otprilike svakih sto miliona godina dolazi do skokovitog mešanja materije, koje dovodi do širenja jezgra i pada temperature u njemu. Pretpostavlja se da, usled ovog mešanja, dolazi do povećanja koncentracije jezgara težih elemenata u jezgru Sunca u odnosu na površinske slojeve. Zbog toga opada i nivo nuklearnih reakcija, a samim tim smanjuje se i broj emitovanih neutrina. Prema proračunima, ovakva stanja, sa sniženom temperaturom u jezgru Sunca, traju
po desetak miliona godina. Najverovatnije je da se u ovom trenutku Sunce nalazi u jednom takvom međustanju. Smatra se da je danas temperatura u jezgru Sunca oko 14x10
6
K što je nešto niže od vrednosti koju predviđa Standardni model.

Treća mogućnost je da neutrini na svom putu do nas bivaju transformisani u druge tipove neutrina. To je potvrdio Super-Kamiokande detektor.

Osamnaestog juna 2001. godine grupa naučnika koja je radila na SNO detektoru objavila je da je ustanovila zašto nam je izgledalo da Sunce zrači samo jednu trećinu neutrina. Sunce stvara jedino elektronske neutrine i to je jedina vrsta neutrina na koju Dejvisov i Košibin detektor reaguju. Međutim, ako postoji razlika u masi između različitih vrsta neutrina, oni bi se mogli transformisati i izbeći
detekciju. Eksperiment je počeo 1999. godine. Oko 10 neutrina dnevno interaguje sa teškom vodom i daje dokaz o svom prisustvu slabim bljeskovima u njoj. Od 1999. do objavljivanja rezultata registrovano je više od 1100 neutrina. Tim iz Sadberija je upoređivao svoje rezultate sa rezultatima dobijenim pomoću Super - Kamiokandea u običnoj vodi. Kombinacija dva eksperimenta sa različitim osetljivostima na vrste
neutrina jasno je pokazala da se “nedostajući” neutrini transformišu pre nego što stignu na Zemlju , što objašnjava zašto Dejvis nije detektovao onu količinu koju je očekivao.

Verovatnoća transformacije zavisi od dužine puta i prisustva materije kroz koju neutrini prolaze. To su pokazali naučnici Mikheyev, Smirnov i Wolfenstein 1985. godine (MSW efekat). MSW efekat je merljiv ako se posmatra razlika između detektovanog neutrinskog fluksa danju i noću. Do te razlike dolazi zbog toga što neki elektronski neutrini, koji su se na putu sa Sunca transformisali u druge tipove neutrina, mogu da se regenerišu pri prolasku kroz Zemlju.

Nobelova nagrada za fiziku dodeljena je 2002. godine za otkrića koja su postavila temelj neutrinske astronomije , a koja nam omogućava da direktno proučavamo unutrašnjost Sunca. Jednu polovinu nagrade su podelili Rejmond Dejvis iz Filadelfije (SAD) i Masatoši Košiba iz Tokija, a drugu
polovinu je dobio Rikardo Djakoni za otkriće kosmičkih izvora X-zračenja

poincare.matf

Gost

Značaj neutrina

Zbog osobine da prolaze kroz materiju gotovo kao da je nema neutrini daju mogućnosti za mnoga istraživanja.
Rezultati Dejvisa i Košibe stvorili su osnovu za razvoj neutrinske astronomije.

Značaj neutrina je u proučavanju ruba naše galaksije i još udaljenijih oblasti svemira. Svemir je
neprozračan za fotone visokih energija reda veličine hiljadu GeV-a. Takvi fotoni bivaju uništeni u reakciji sa kosmičkim zračenjem ili apsorbovani u međuzvezdanoj materiji. Jedino neutrini mogu da stignu iz udaljenih oblasti svemira i iz unutrašnjosti astrofizičkih objekata, tj. iz oblasti u kojima se stvara energija.

Neutrino bi mogao pomoći i u objašnjenju asimetrije između materije i antimaterije na samompočetku našeg svemira. Danas još uvek nije jasno pokazano jesu li neutrino i antineutrino različiti, kao što su proton i antiproton ili su identični kao što je foton i antifoton. Po nekim teorijama, u suštini nema razlike između neutrina i antineutrina, oni su istovremeno i materija i antimaterija. Naučnici smatraju da su neutrinske oscilacije u periodu ranog svemira mogle da dovedu do povećanja količine materije u odnosu na antimateriju, koja je potom bila praćena anihilacijom antimaterije i odgovarajuće količine materije. Rezultat toga je dominacija materije u svemiru

Neutrini bez problema prolaze kroz Zemlju i to bi se moglo iskoristiti za proučavanje Zemljine unutrašnjosti.
Proučavanje fizike neutrina je postala jedna od važnih tema fizike elementarnih čestica. Interes za ovu problematiku raste, grade se novi eksperimentalni uređaji, a očekuju se odgovori na neka od najinteresantnijih pitanja fizike mikrosveta i savremene kosmologije.

poincare.matf

Gost

Nakon novog eksperimenta, neutrini ponovo brži od svetlosti

Naučni tim, koji je u septembru objavio rezultat eksperimenta koji je pokazao da čestice neutrino mogu da putuju brže od svetlosti, sproveo je novu, poboljšanu verziju eksperimenta i dobio isti rezultat.

Nuklearne elektrane - Misterija 91758_cern-02-foto-afp_f

Neutrino čestice koje su napravljene u laboratorijama Evropske organizacije za nuklearna istraživanja (CERN) ponovo su poslate na putovanje kroz Zemljinu koru od Ženeve, gde se nalazi CERN, do detektora OPERA u laboratoriji u italijanskom gradu Gran Sasu.
Tokom prethodnog eksperimenta, merenja su otkrila da su neutrini za 60 milijarditih delova sekunde bile brže od svetlosti
Kritičari izveštaja o prvom eksperimentu smatrali su da je moglo doći do greške jer su neki, “relativno dugotrajni” snopovi neutrino čestica trajali deset milionitih delova sekunde, što je 160 puta duže nego što je naučni tim prethodno najavio.
Zbog toga su naučnici sada napravili snopove neutrina koje traju samo tri milijardita dela sekunde.
Kada je naučni tim 20 puta sproveo ovaj poboljšani eksperiment, krajnji rezultati su bili skoro jednaki rezultatima prethodnog eksperimenta.
“Ovaj eksperiment utvrđuje rezultate prethodnog eksperimenta i odbacuje neke od mogućih grešaka koje su mogle da utiču na merenja”, izjavio je Antonio Ereditato, jedan od članova naučnog tima CERN-a za BBC.
On je dodao da tek treba da budu obavljeni još neki eksperimenti kako bi bile otklonjene sve moguće grške i konačno bilo potvrđeno da su čestice neutrino brže od svetlosti.
Ideju da ništa ne može da putuje brže od svetlosti u vakuumu prvi je dao fizičar Džejms Klerk Maksvel, a Albert Ajnštajn se na nju poziva u svojoj čuvenoj teoriji relativiteta.
Neutrino čestice su prvi put detektovane 1956. godine, a naziv neutrino znači mali i neutralan.

blic online

Gost

Neutrini ipak nisu brži od svetlosti

Međunarodna grupa naučnika demantovala je da elementarne čestice - neutrina mogu da putuju brzinom većom od brzine svetlosti, što je prethodno saopštila druga grupa naučnika iz iste laboratorije "Gran Saso", južno od Rima.

Nuklearne elektrane - Misterija Cern_neutrini

Radi se o demantiju saopštenja iz septembra da neutrino može da ima makar malo veću brzinu od svetlosti (300.000 kilometara na sat), što bi imalo efekat bombe, jer bi u slučaju da je potvrđeno to značilo negiranje jednog od zakona univerzuma Alberta Ajnštajna (1879-1955) prema kome ništa ne može da bude brže od svetlosti.
Tokom prvog istraživanja, naučnici su zaključili da neutrinima treba 60 nanosekundi (milijarditi deo sekunde) manje nego što bi bilo potrebno svetlosti da pređe razdaljinu između istraživačkog centra Cern u blizini Ženeve i laboratorije "Gran Saso" udaljenih 730 kilometara, što je demantovano time da bi neutrini, katapultirani iz Cerna, izgubili veliki deo energije da su putovali.

Zvanično: Neutrini nisu brži od svetlosti

Evropski Centar za nuklearna istraživanja (CERN) saopštio je da se elementarne čestice - neutrina, merene prošle jeseni, ne kreću brže od svetlosti.
To je potvrđeno novim ispitivanjem koje je obavljeno u CERN, preneli su francuski elektronski mediji.

Nuklearne elektrane - Misterija 7h5wkItbnPhrQ8Nryde1

cern.

Gost

Neutrinski detektori

Nuklearne elektrane - Misterija Ponovljeni-eksperiment-potvrdio-neutrini-su-brzi-svjetlosti-slika-426345

Nuklearne elektrane - Misterija A1050077-WA1_neutrini_detector_at_CERN-SPL

Nuklearne elektrane - Misterija Neutrini-gran-sasso

Nuklearne elektrane - Misterija 154149628-8a144a47-bb17-4060-8eb4-93e211879b5b

Nuklearne elektrane - Misterija C2c7140a788c9ba1a7bb12285a1c5036

Nuklearne elektrane - Misterija Cern-ginevra-neutrini-infophoto

Nuklearne elektrane - Misterija Neutrini3

Nuklearne elektrane - Misterija Neutrinilibro

Nuklearne elektrane - Misterija Slika-300x184

Gost

Neutrinske cestice

Nuklearne elektrane - Misterija Neutrino1111

Nuklearne elektrane - Misterija 2dv4zchTLTz2xIYEwq9

Nuklearne elektrane - Misterija Neutrini_velocita_luce

Nuklearne elektrane - Misterija 28b58e39350f071ca43011812e3466de_slideshow_fg

**Učlanjen** : 30.03.2011

Japan

Zemljotres od 9 stepeni koji se, u petak 11. marta 2011. godine, dogodio na nekoliko stotina kilometara od istočne obale Japana, bio je katastrofalan čak i za državu čiji su stanovnici navikli na stalne zemljotrese. Jačina ovog zemljotresa bila je veća od najačih očekivanih zemljotresa u tom područiju, ali to nije bilo najstrašnije. Ovaj snažan zemljotres doveo je do nastanka cunami talasa. Ubrzo nakon zemljotresa, bez ikakvog upozorenja, cunami talas visok skoro deset metara prekrio je ulice, kuće, naselja i gradove. Kao i zemljotres tako je i talas visinom i snagom prevazišao očekivane maksimume. Do sada je već potvrđeno da je poginulo nekoliko hiljada ljudi, a očekuje se da će broj poginulih preći deset hiljada.

Nuklearne elektrane - Misterija 157834-japan-earthquake

Vesti i slike iz gradova razorenih zemljotresom i cunamijem brzo su obišle svet, ali za kratko vreme priče o talasu i zemljotresu u najvažnijim vestima zamenila je jedna druga vest. Zemljotres i cunami talas izazvali su oštećenja na nuklearnim elektranama, koje su se nalazile blizu obale.

Internet i televizije pogodio je “talas” vesti o najavi moguće nuklearne katastrofe, scenario sličan onom iz Čerbobilja. Pričalo se o ekspolzijama reaktora, širenju radijacije, evakuaciji stanovništva itd. Brzo je jasna i vidljiva tragedija izazvana zemljotresom i cunamijem potisnuta u drugi plan (imaginarnim) strahom od zračenja, “predstojeće” nuklearne katastrofe i pričama o zabrani nuklearnih elektrana.

Da bi razumeli šta se stvarno desilo u nuklearnim elektranama u Japanu, a pre svega u NE Fukušima, i videli da li su nuklearne elektrane opasne i koliko neophodno je poznavanje rada reaktora, procedura gašenja i bezbednosti.

Nuklearne elektrane - Misterija Nuclear-power-plant-threat

Nuklearne elektrane - Misterija Nuclear-power-plant-threat

Zemljotres koji se dogodio u petak bio je oko pet puta jači od maksimuma koji je bio očekivan tokom projektovana nuklearne elektrane Fukušima. Ovaj potres nije samo rušio zgrade već je bio dovoljno snažan da pomeri i čitavo ostrvo Japana. Bez obzira na ovako snažan potres reaktori izgrade u NE Fukušima ostali su neoštećeni. Zbog bezbednosti reaktori su projektovani da se u ovakvim situacijama automatski ugase. To se i desilo. Kontrolne šipke spustile su se u jezgro reaktora, pored nuklearnog goriva, i zaustavile odvijanje lančane nuklearne reakcije. Prva, i najvažnija, faza posla realizovana je bez ikakve greške.

Zbog osobina radiokativnih materijala trenutno i potpuno gašenje reaktora nije moguće. Spuštanjem kontrolnih šipki prekida se lančana fisiona reakcija ali proces radioaktivnog raspada se nastavlja. Tokom rada reaktora u njegovom jezgru nastaju različiti radioaktivni elementi (cezijum i jod) kratkog perioda poluraspada. Ti novonastali elementi nastavljaju da zrače i emituju toplotu i nakon spuštanja kontrolnih šipki. Zbog ovog radioaktivnog zračenja reaktor nastavlja da oslobađa nekoliko procenta ukupne toplote i nakon spuštanja kontrolnih šipki. Nekoliko procenata možda ne zvuči strašno, ali toplota koja nastaje na takav način može da dovede do pregrevanja i topljenja jezgra (~2600 C).

Da bi se proces gašenja reaktora uspešno okončao, da bi se “ugasili” i ovi kratkoživeći radioaktivni elementi i neutralisala toplota koja se oslobađa tokom njihovog radioaktivnog raspada reaktor je opremljen različitim sistemima za hlađenje. U normalnim uslovima primerani sistem za hlađenje bez ikakvih problema hladi jezgro, ali to hlađenje je dugotrajan proces koji traje nekoliko dana ili nedelja. Za rad ovog sistema za hlađenje potrebna je struja. Zemljotres, koji je doveo do gašenja reaktora, prekinuo je i eksterni dovod struje do centrale. Kako su i svi izvori struje (reaktori) u centrali Fukušima bili isključeni NE ostala je bez struje, a ovaj sistem hlađenja postao je neupotrebljiv. Ovakve situacije su planirane tokom konstrukcije NE pa je obezbeđen i sekundarni sistem hlađenja.

Drugi stepen zaštite od pregrevanja čine pumpe sa vodom koje pokreću dizel generatori. Nakon otkazivanja primarnog sistema hlađenja generatori su se aktivirali i počeli da hlade jezgra. Nažalost, par sati nakon zemljotresa do obale je stigao cunami. Talas, nekoliko metara viši od maksimuma za koji je NE projektovana, potpio je i nukelarnu centralu. Neki dizel generatori su otkazali, a jezgra reaktora su ponovo ostala bez hlađenja.

Nakon otkazivanja dizel generatora automatski se aktivirao i treći stepen zaštite od pregrevanja – pumpe koje pokreću baterije. Zadatak ovog sistema je da hladi jezgro dok se ne obezbedi neki drugi vid napajanja. Prema planovima trajanje baterija je dovoljno dugo da operateri centrale mogu da dopreme i priključe prenosne generatore struje, ali ogromna razaranja izazvana zemljotresom i cunamijem sprečila su dopremanje odgovarajućih mobilnih generatora do svih reaktora.

Nuklearne elektrane - Misterija Student-bwr

Nuklearne elektrane - Misterija Student-bwr

Do ove faze sve je funkcionisalo savršeno, ali ovde počinju da se javljaju problemi. Zbog nestanka električne energije koja pokreće pumpe voda u reaktoru više nije mogla da protiče (kruži) i hladi jezgro. Temperatura je počela naglo da raste a voda, u kojoj je “potopljeno” nukelarno gorivo, počela je da isprava. U ovom zatvorenom sistemu porast temperature dovodio je do rasta pritiska unutar reaktora. Ako bi se jezgro ostavilo u ovoj fazi temperatura bi porasla i došlo bi do topljenja radioaktivnih šipki. Ovo topljenje dovelo bi do nagomilavanja velike količine radioaktivnih elemenata sa sa dugačkim periodom poluraspada. Do eksplozije najverovatnije nebi došlo ali bi reaktor postao neupotrebljiv, opasan i morao bi da bude dodatno obezbeđen i zatvoren.

Da bi izbegli ovaj scenario kontrolori nuklearne elektrane odlučili su da smanje pritisak vodene pare u jezgru. Jedini način da se to uradi bilo je ispuštanje pare iz jezgra u atmosferu. Ovo je sigurno bila teška, ali najverovatnije ispravna, odluka pošto para izlazi iz samog jezgra reaktora pa u njoj ima radioaktivnih elemenata. Pomisao o ispuštanju radioaktivnog materijala u vazduh deluje zastrašujuće, ali to i nije mnogo opasno. Readioaktivni elementi koji su prisutni u ovoj pari imaju izuzetno kratak period poluraspada, reda veličine nekoliko sekundi. U trenutku oslobađanja para je radioaktivna ali posle samo nekoliko sekundi radioaktivna jezgra se raspadaju i postaju nestabila, a zračenja više nema.

Nuklearne elektrane - Misterija Safety_cutway

Nuklearne elektrane - Misterija Safety_cutway

Ova operacija može da ima štetne posledice za ljude koji se nalaze u blizini centrale u trenutku ispuštanja pare. Da bi sprečili posledice po lokalno stanovništvo oblast oko centrale je evakuisana pri samoj najavi problema. Do danas je evakuisana oblast u krugu do 30km, mada je maksimalno rastojanje na kome može doći do prekomernog izlaganja zračenju još manje. Zbog problema na NE proglašen je akcident četvrtog stepena na INES skali.

INES skala je skala koja meri opasnost od izlaganja nuklearnom zračenju zbog havarije na reaktoru. Ima 7 stepeni, i podeljena je tako da je svaki sledeći stepen deset puta opasniji od prethodnog. Najmanji problemi označavaju se stepenom 1, najveći 7. Događaji označeni stepenima od 1 do 3 nazivaju se incidenti i kod njih je efekat zračenja lokalizovan unutar “ograde” nuklearne elektrane, događaji od 4 do 7 stepena označavaju se kao akcidenti i karakteriše ih moguć uticaj na stanovništvo vam NE. Akcidenti četvrtog stepena označavaju lokalnu opasnost od izlaganja prekomernom zračenju.

Povremeno ispuštanje pare omogućilo je održavanje temperature dovoljno dugo da se priključe mobilni generatori. Kada su generatori priključeni većina reaktora je normalno nastavila da rada u standardnoj proceduri hlađenja.

Nažalost, na dva reaktora došlo je do problema sa priključivanjem mobilnih generatora. Bez električne energije za napajanje hlađenja na ova dva reaktora problem je postajao sve ozbiljniji. Vremenom je voda u reaktoru isparila toliko da su šipke radioaktivnog goriva izašle iz vode. Ovo je otežalo hlađenje, a radioaktivno zračenje počelo je da napušta nukelarnu elektranu.

Da bi smanjili temperaturu operateri su morali da dodaju još vode u jezgro reaktora. Za normalan rad reaktora potrebna je čista (destilovana) voda. Zbog uslova koji su nastali posle cunamija takve vode nije bilo pa su operateri bili primorani da u reaktore ubacuju morsku vodu. Ova voda oštećuje instalacije i može da dovede do problema u radu reaktora i kvarova. Osim toga, prisustvo soli povećava broj nastalih radioaktivnih elemenata i zračenje pare.

Proces hlađenja reaktora nastavljen je kao i u prethodnom slučaju. Operateri su regulisali temperaturu i pritisak vodene pare ispuštanjem pare iz jezgra. Da bi izbegli direktno izbacivanje radioaktivne pare u atmosferu kontrolori su odlučili da paru prvo zadrže u zgradi koja okružuje reaktor, dok ne prestane da zrači, pa da je tek onda oslobode u atmosferu. Naravno, tokom ove procedure i kontrole reaktora ljudi koji su se nalazili u NE morali su da budu u zaštićenim prostorijama ili da nose odgovarajuća zaštitna odela.

U ovoj proceduri postojala je i jedna potencijalna opasnost. Od ranije je bilo poznato da u ovoj pari koja izlazi iz reaktora može da dođe do razdvajanja vode na vodonik i kiseonik. Ova dva gasa, kad su slobodna, izuzetno su reaktivna i mogu da eksplodiraju. Bez obzira na rizik operateri odlučili da paru iz reaktora oslobađaju na ovaj način a ne direktno u atmosferu. Pokazalo se da je odluka bila pogrešna – došlo je do eksplozije. Ovakva eksplozija vodonika raznela je zgrade u kojima su se nalazili reaktori 1 i 3. Oštećenja na reaktorima nije bilo, ali bilo je povređenih radnika. Ove dve eksplozije dogodile su se u nedelju, 13. marta.

Nuklearne elektrane - Misterija Japan.nuclear.reactors.map_

Nuklearne elektrane - Misterija Japan.nuclear.reactors.map_

Nakon eksplozije nastavljeno je hlađenje ova dva reaktora upumpavanjem morske vode i ispuštanjem pare. Za sada sve teče po planu ali će, ovim tempom, biti potrebno još nekoliko nedelja za zaustavljanje nuklearnih reakcija do bezbednog nivoa.

U utorak, 14. marta, došlo je do komplikacija na reaktorima 2 i 4. Na reaktoru 2 je došlo do eksplozije vodonika u delu reaktora koji služi za kontrolu pritiska. Za razliku od reaktora 1 i 3 ovde je do eksplozije došlo udelu reaktora pa postoje oštećenja na samom reaktoru. Uzrok ove eksplozije nije poznat, ali zračenje koje izlazi iz reaktora nije veliko i slično je onom kod reaktora 1 i 3. Nastavljeno je hlađenje reaktora 2 ubrizgavanjem morkse vode.

Na rektoru 4 došlo je do požara u bazenu sa potrošenim gorivom. Uzrok počara je najverovatnije ulje iz generatora koje se pomešalo sa vodom. Ovi bazeni su mesta gde se odlaže gorivo izvučeno iz reaktora. Kao i u slučaju gašenja reaktora u potrošenom gorivu ima još radioaktivnih elemanata koji slobađaju toplotu. Da bi se zaustavilo pregrevanje gorivo se određeno vreme čuva u bazenima za hlađanje. Bazen se trenutno hladi ubacivanjem morske vode.

Reaktori 5 i 6 nisu radili u trenutku zemljotesa, na njima nema problema i ugašeni su.

Zračenje i doze

Verovatno najvažnija informacija vezana za havariju na NE je količina zračenja emitovanog u okolinu. Tokom brojnih problema sa reaktorima oslobođeno zračenje nije veliko i lokalno ne predstavlja veliku opasnost. Povremeno su merene intenzivna zračenja (od 300-400 mSv/h) ali ova intenzivna zračenja bila su kratkotrajna (u trenutku izbacivanja pare) i lokalizovana na malo područije unutar nuklearne elektrane. Najveći intenzitet izmeren u okolini NE iznosila su 8-10 mSv/h.

U poređenju sa normalnim prosečnim zračenjem stanovništva (2-3 mSv/godišnje) ove vrednosti izgledaju zastrašujuće, ali za sada nema nikakvih dugotrajnih posledica u okolini centrale i na stanovništvo (za pojavu radijacijske bolesti potrebno je “nakupiti” 1000 mSv).

Nuklearne elektrane - Misterija Japan5_cover

Nuklearne elektrane - Misterija Japan5_cover

svetnauke.org

» Carstvo misterija
» Izumljen uređaj koji kanalizacijska postrojenja pretvara u elektrane
» 10 Misterija uma
» Misterija levorukih
» Duh mlade uplašila Borane