Protótipo de detector de antineutrino para monitoramento de locais de repositório de lixo nuclear. Crédito:Virginia Tech, Centro de Física de Neutrinos
Novas descobertas científicas sugerem que os detectores de neutrino podem desempenhar um papel importante em garantir um melhor monitoramento e armazenamento mais seguro de material radioativo em locais de repositório de resíduos nucleares. Pesquisadores da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), na Alemanha, fizeram cálculos para determinar a radiação de neutrino que o combustível nuclear usado emite. Seus números mostram que os detectores de neutrino podem ser úteis em certos cenários.
Os neutrinos quase não interagem com a matéria, e assim eles podem penetrar praticamente sem obstáculos através da Terra e de qualquer escudo feito pelo homem. "Todo segundo, cerca de 100 bilhões de neutrinos por centímetro quadrado atingem a Terra a partir do sol, dia e noite. Como os neutrinos interagem fracamente com a matéria, eles estão entre as partículas elementares mais difíceis de detectar, "disse o professor Joachim Kopp da Universidade de Mainz. Kopp é um especialista no campo da física teórica de neutrinos.
O decaimento beta de produtos de fissão radioativos gera neutrinos em grandes quantidades. Contudo, uma energia mínima de 1,8 megaelétron volts é necessária para detectar essas partículas por meio do processo de decaimento beta inverso. Só então eles podem ser registrados em um detector de cintilação, um tanque cheio de óleos minerais especiais. As partículas de alta energia interagem com os prótons no tanque, emitindo um sinal de luz característico.
Esses detectores de neutrino já estão sendo empregados experimentalmente para monitorar usinas nucleares em operação. Contudo, para monitorar os resíduos nucleares armazenados existem, ainda, sem detectores. "Reatores em serviço produzem consideravelmente mais neutrinos do que reatores desativados ou material radioativo armazenado, "explicou Kopp, observando que monitorar a localização dos resíduos nucleares é particularmente importante no momento por razões de segurança.
Descontaminação de um complexo nuclear desativado no estado americano de Washington. Essas medidas poderiam ser apoiadas pelo emprego de detectores de antineutrino. Crédito:Departamento de Energia dos EUA
Para o seu papel em Revisão Física Aplicada , Joachim Kopp e Vedran Brdar da JGU e Patrick Huber da Virginia Tech nos EUA calcularam primeiro o fluxo de neutrinos emitido pelo estrôncio-90 radioativo e outros produtos de fissão no combustível nuclear usado. Eles então consideraram vários cenários detalhando como ou onde as emissões poderiam ser detectadas.
Em um desses, um detector adequado seria particularmente útil para monitorar instalações de armazenamento acima do solo, por exemplo, no local em usinas nucleares. Um detector de neutrino neste cenário poderia detectar se o material radioativo foi removido sem ser documentado. De acordo com os cálculos, as medições usando um detector com capacidade de 40 toneladas teriam que funcionar por cerca de um ano. "Isso parece muito tempo, mas tudo o que seria necessário seria posicionar o detector e esperar. A grande vantagem é que podemos verificar o conteúdo de um contêiner sem precisar abri-lo, "disse Kopp. Normalmente, seria o suficiente para colocar o detector de 10 a 100 metros de distância, por exemplo, em um trailer de caminhão. De acordo com Kopp, este método pode ser particularmente apropriado na tentativa de garantir a não proliferação de material adequado para armas nucleares, razão pela qual a Comunidade Europeia da Energia Atómica EURATOM já manifestou interesse nesta investigação.
Em um segundo cenário, os físicos propõem um cenário em que os repositórios subterrâneos são monitorados, dando como exemplo o local proposto para o repositório da montanha Yucca em Nevada. Nesta situação, fluxo de neutrino significativo seria detectado, mesmo na superfície de um pequeno tanque de 10 toneladas. "Contudo, alguns perigos realistas, como o escape de quantidades muito pequenas de material radioativo, infelizmente não seria detectado, "disse Kopp.
Um terceiro cenário que os cientistas consideraram em seus cálculos foi detectar instalações de armazenamento documentadas de forma incompleta, como os do site Hanford, um complexo nuclear agora desativado no estado de Washington, nos Estados Unidos, desde a época da Guerra Fria. "Nesse caso, a tecnologia atual do detector ainda não é totalmente suficiente, entre outras coisas, porque a radiação cósmica distorce as medições, "disse Kopp. No entanto, os primeiros protótipos para tais detectores evitando este problema já existem.
