Neutrinos de reactor
Los neutrinos de reactor son antineutrinos que nacen en los reactores nucleares. Son la fuente de neutrinos más intensa producida por el ser humano y han aportado a la física más conocimientos que ninguna otra.
De dónde vienen
En la fisión nuclear un núcleo pesado se rompe en dos de masa media. Estos fragmentos tienen demasiados neutrones y se estabilizan a través de una cadena de desintegraciones beta. Cada una de estas desintegraciones libera un antineutrino.
Por fisión nacen en promedio unos seis de ellos. Un reactor de potencia de tres gigavatios de potencia térmica emite por ello alrededor de 6 × 10²⁰ antineutrinos por segundo — en todas las direcciones, sin ser detenidos por el hormigón, el acero ni la tierra.
Las energías llegan hasta unos ocho megaelectronvoltios, con el grueso en unos pocos. Para la detección mediante la desintegración beta inversa cuenta, sin embargo, solo la parte por encima de 1,8 megaelectronvoltios — por debajo la energía no basta para hacer de un protón un neutrón y un positrón. Visible es, pues, solo una parte del espectro.
Por qué los reactores son tan útiles
Cuatro propiedades los convierten en la fuente ideal.
Son intensos. Ningún otro proceso artificial aporta tantos neutrinos en un espacio tan pequeño.
Son puros. Solo sale una especie — antineutrinos electrónicos. Un experimento solo tiene que comprobar, pues, cuántos de ellos faltan, y no necesita separar varias especies.
Son calculables. De la potencia térmica se sigue el número de fisiones y de ahí el número de antineutrinos.
Se pueden apagar. Durante una revisión el reactor está parado, y el experimento mide el fondo puro. No hay mejor control negativo — y precisamente él hizo convincente en 1956 la primera detección de un neutrino.
Qué se ha medido con ellos
| Año | Experimento | Resultado |
|---|---|---|
| 1956 | Cowan y Reines | primera detección de un neutrino en absoluto |
| 2002 | KamLAND | oscilación confirmada a lo largo de unos 180 km |
| 2012 | Daya Bay | ángulo de mezcla θ₁₃ medido con precisión |
| 2025 | CONUS+ | por primera vez CEνNS con antineutrinos de reactor |
| en construcción | JUNO | orden de las masas de los neutrinos |
Notable es la amplitud de las distancias. Experimentos anteriores se situaban a pocos cientos de metros del reactor y no encontraron nada — el trayecto era demasiado corto. KamLAND aprovechó 180 kilómetros y encontró la oscilación. Daya Bay eligió, con alrededor de 1,6 kilómetros, exactamente aquella distancia a la que el pequeño ángulo θ₁₃ despliega su mayor efecto.
La elección de la distancia es en los experimentos de reactor la verdadera decisión de diseño.
La anomalía de los antineutrinos de reactor
En 2011 un nuevo cálculo de las tasas esperadas dio como resultado que los valores medidos quedan alrededor de un seis por ciento por debajo. Como en la anomalía del galio de SAGE, se consideraron los neutrinos estériles como explicación.
Entretanto mucho apunta a que la desviación está más bien en las tablas de datos nucleares que en física nueva. Un detalle habla a favor de ello: la composición del combustible cambia durante un ciclo — el uranio-235 se consume, nace el plutonio-239 —, y ambos aportan espectros distintos. Las mediciones con diferentes composiciones del combustible sugieren que la desviación reside sobre todo en el uranio-235. Eso encaja con un error en las tablas, no con una partícula nueva.
La cuestión no está aclarada de manera definitiva.
Aplicación más allá de la investigación básica
Un reactor se puede reconocer por sus neutrinos. Su número y su espectro revelan la potencia y la composición del combustible — también la cuestión de si nace plutonio.
El Organismo Internacional de Energía Atómica persigue por ello la idea de emplear neutrinos para la vigilancia de reactores. Un detector así se podría instalar fuera de la instalación y no se dejaría engañar: los neutrinos no se pueden apantallar ni desviar.
Términos relacionados
- Antineutrino — lo que emite un reactor
- KamLAND y Daya Bay — las grandes mediciones
- Geoneutrinos — la misma técnica de detección, otra fuente
- CEνNS
Fuentes
- Colaboración KamLAND: First Results from KamLAND, Physical Review Letters 90, 021802 (2003).
- Colaboración Daya Bay: Observation of Electron-Antineutrino Disappearance at Daya Bay, Physical Review Letters 108, 171803 (2012).