Neutrinos de reator

Neutrinos de reator são antineutrinos que surgem em reatores nucleares. Eles são a mais forte fonte de neutrinos produzida pelo ser humano e forneceram à física mais conhecimentos que qualquer outra.

De onde eles vêm

Na fissão nuclear um núcleo pesado se parte em dois de massa média. Esses fragmentos têm nêutrons em excesso e tornam-se estáveis por uma cadeia de decaimentos beta. Cada um desses decaimentos libera um antineutrino.

Por fissão surgem em média cerca de seis deles. Um reator de potência de três gigawatts de potência térmica emite com isso cerca de 6 × 10²⁰ antineutrinos por segundo — em todas as direções, sem obstáculo por concreto, aço e solo.

As energias vão até cerca de oito megaelétron-volts, com concentração em poucos. Para a detecção pelo decaimento beta inverso conta, no entanto, apenas a parte acima de 1,8 megaelétron-volt — abaixo disso a energia não basta para fazer de um próton um nêutron e um pósitron. Visível é assim apenas uma parte do espectro.

Por que os reatores são tão úteis

Quatro propriedades os tornam a fonte ideal.

Eles são fortes. Nenhum outro processo artificial fornece tantos neutrinos em espaço tão pequeno.

Eles são puros. Sai apenas uma espécie — antineutrinos do elétron. Um experimento precisa portanto apenas verificar quantos deles faltam, e não necessita separar várias espécies.

Eles são calculáveis. Da potência térmica decorre o número de fissões e daí o número de antineutrinos.

Eles podem ser desligados. Em uma revisão o reator fica parado, e o experimento mede o fundo puro. Não existe melhor controle negativo — e foi precisamente ele que tornou convincente em 1956 a primeira detecção de um neutrino.

O que com isso foi medido

Notável é a amplitude das distâncias. Experimentos anteriores ficavam a poucas centenas de metros do reator e nada encontraram — o percurso era curto demais. O KamLAND usou 180 quilômetros e encontrou a oscilação. O Daya Bay escolheu com cerca de 1,6 quilômetro exatamente aquela distância na qual o pequeno ângulo θ₁₃ desdobra seu maior efeito.

A escolha da distância é, nos experimentos com reatores, a verdadeira decisão de projeto.

A anomalia dos antineutrinos de reator

Em 2011 um novo cálculo das taxas esperadas resultou em que os valores medidos estão cerca de seis por cento abaixo delas. Como na anomalia do gálio de SAGE, neutrinos estéreis foram considerados como explicação.

Entretanto, muito indica que o desvio está mais nas tabelas de dados nucleares do que em uma nova física. Um detalhe fala a favor disso: a composição do combustível se altera durante um ciclo — urânio-235 é consumido, plutônio-239 se forma —, e ambos fornecem espectros diferentes. Medições com diferentes composições de combustível sugerem que o desvio se encontra sobretudo no urânio-235. Isso combina com um erro nas tabelas, não com uma nova partícula.

Definitivamente esclarecida a questão não está.

Aplicação para além da pesquisa fundamental

Um reator pode ser reconhecido por seus neutrinos. Seu número e seu espectro revelam a potência e a composição do combustível — inclusive a questão de se plutônio está sendo formado.

A Agência Internacional de Energia Atômica persegue por isso a ideia de usar neutrinos para a fiscalização de reatores. Um detector desses poderia ser instalado fora da instalação e não seria enganável: os neutrinos não podem ser blindados nem desviados.

Termos relacionados

• Antineutrino — o que um reator emite
• KamLAND e Daya Bay — as grandes medições
• Geoneutrinos — a mesma técnica de detecção, outra fonte
• CEνNS

Fontes

• Colaboração KamLAND: First Results from KamLAND, Physical Review Letters 90, 021802 (2003).
• Colaboração Daya Bay: Observation of Electron-Antineutrino Disappearance at Daya Bay, Physical Review Letters 108, 171803 (2012).