Menggunakan antineutrino untuk mengawasi reaktor nuklir

Tenaga nuklir merupakan sumber energi penting di banyak negara di seluruh dunia, termasuk Perancis, AS, Tiongkok, dan Jepang. Meskipun pembangkit listrik tenaga nuklir memiliki dampak lingkungan yang lebih kecil dibandingkan pembangkit listrik tenaga batubara dalam hal perubahan iklim, teknologi yang digunakan di dalamnya dapat digunakan untuk tujuan yang tidak diinginkan, yaitu produksi bahan untuk senjata nuklir.

Oleh karena itu, reaktor nuklir harus diawasi secara ketat untuk memastikan bahwa reaktor tersebut tidak digunakan secara diam-diam untuk menciptakan perang nuklir.

Dengan latar belakang ini, tim peneliti, termasuk Asisten Profesor Chikako Ishizuka, Ibu Sasaki Karen, dan Profesor Sasaki Chiba dari Institut Teknologi Tokyo di Jepang, telah berupaya menemukan metode praktis untuk memantau pengoperasian reaktor nuklir dari jarak jauh. Makalah mereka diterbitkan di Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir.

Pendekatan yang diusulkan didasarkan pada partikel elementer yang sulit dipahami yang dihasilkan secara melimpah selama fisi nuklir: antineutrino.

“Antineutrino adalah partikel tanpa muatan listrik. Mereka berinteraksi dengan material hanya melalui interaksi yang lemah. Dengan demikian, materi di sekitarnya hampir transparan bagi mereka, artinya antineutrino yang dihasilkan di dalam reaktor bergerak bebas ke luar, sehingga mereka dapat dideteksi,” jelasnya. Dr.Ishizuka. “Dengan cara ini, reaktor antineutrino dapat bertindak sebagai pembawa pesan potensial untuk menyampaikan informasi, seperti komposisi bahan fisil, ke dunia luar.”

Para peneliti pertama kali mengembangkan skema komputasi untuk mendapatkan spektrum antineutrino yang akan dipancarkan dalam reaksi fisi nuklir yang melibatkan ²³⁵kamu, ²³⁸kamu, ²³⁹Pu, dan ²⁴¹Pu, yang merupakan bahan bakar nuklir paling umum.

Perhitungan ini didasarkan pada teori peluruhan beta, yang dikembangkan pada tahun 1960an dan disempurnakan selama beberapa dekade, berkat perbaikan dalam teknik pengukuran dan perpustakaan data nuklir. Khususnya, spektrum antineutrino ini mewakili kontribusi agregat dari berbagai produk fisi yang membusuk, yang berbeda untuk setiap bahan bakar.

Tim kemudian membandingkan hasil perhitungan mereka dengan hasil produk fisi dari tiga perpustakaan data nuklir yang representatif, dan menemukan kesepakatan yang baik. Berdasarkan hasil yang menguntungkan ini, mereka melanjutkan untuk mengembangkan metodologi baru untuk mengidentifikasi produk fisi spesifik dalam spektrum antineutrino yang diukur selama beberapa hari. Pendekatan ini akan memungkinkan seseorang memperkirakan status operasional, pembakaran bahan bakar, dan komposisi bahan bakar reaktor nuklir dari jarak jauh.

Setelah pemeriksaan lebih lanjut menggunakan data eksperimen, para peneliti menemukan bahwa teknik mereka bekerja sangat baik untuk reaktor air ringan, dengan akurasi yang sedikit lebih tinggi untuk isotop uranium dibandingkan dengan plutonium. Oleh karena itu, jika strategi ini dapat disempurnakan dan diterapkan secara praktis, hal ini dapat menjadi landasan bagi skema pemantauan jarak jauh untuk reaktor nuklir.

“Dengan menggunakan pendekatan yang diusulkan dalam penelitian ini, akan dimungkinkan untuk mengkonfirmasi apakah reaktor nuklir dioperasikan seperti yang dinyatakan dan memverifikasi bahwa tidak ada pertukaran bahan bakar yang tidak diumumkan yang terjadi selama penghentian reaktor,” kata Dr. Ishizuka. “Hal ini dapat berfungsi sebagai alat yang ampuh untuk non-proliferasi nuklir dengan mencegah pembuatan bahan senjata nuklir di pembangkit listrik.”