Ydinvoimalan neutriinosäteily on onnistuttu mittaamaan 240 kilometrin päästä suoraan peruskallion läpi kanadalais-yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa, uutisoivat New Scientist ja APS Physics. Tällaista havaintoa ei ole koskaan ennen tehty, löydön tehneet tutkijat kirjoittavat tieteellisen artikkelinsa tiivistelmässä.
Havaittu säteily ei ollut gammasäteilyä tai mitään muutakaan vaarallista ydinsäteilyä. Gammasäteet pysähtyvät kivessä muutamien metrien matkalle, ja useimmat muut vaarallisen ydinsäteilyn lajit vieläkin nopeammin.
Tutkimuksessa havaittiin ydinreaktioissa muodostuvia neutriinoja, joista koostuva säteily ei ole vaarallista. Toisin sanoen huolestua ei tarvitse: kyse on sataprosenttisen puhtaasti vain kiinnostavasta fysikaalisesta havainnosta.
Mittaukset tehtiin vuonna 2018. Tutkimusraportti julkaistiin nyt fyysikoiden arvostamassa Physical Review Letters -lehdessä.
LUE MYÖS:
Mitä neutriinot ovat?
Neutriinot ovat käsittämättömän aavemaisia alkeishiukkasia, joita muodostuu beetahajoamis-tyypin ydinreaktioissa. Erilaisia neutriinolaatuja on kolme, ja antihiukkaset mukaan lukien kuusi.
Esimerkiksi Auringon ytimestä vapautuu joka sekunti noin 2…3 × 10³⁸ neutriinoa, ja niistä ihmiskehonkin läpäisee noin 400 000…600 000 miljardia kappaletta sekunnissa (*). 2 × 10³⁸ on auki kirjoitettuna 200 000000 000000 000000 000000 000000 000000.
Ylivoimaisesti suurin osa näistä hiukkasista kuitenkin kulkee ihmisen ja itse asiassa koko Maapallon läpi kuin edessä ei olisi mitään. Esimerkiksi ihmiskehoon tarttuu kiinni Auringon neutriinoista karkeasti 0,000000 000000 000000 001 prosenttia.
Neutriinot ovat paitsi aavemaisia, myös lähes massattomia. Niiden pienenpientä lepomassaa ei ole koskaan onnistuttu mittaamaan tarkasti, eikä niiden kulkuvauhtia erottamaan valon nopeudesta. Nykyisen tiedon mukaan jonkinlainen massa neutriinoilla silti on. Ne painavat levossa enintään suuruusluokkaa 0,2 eV/c² eli noin 0,000000 000000 000000 000000 000000 000000 4 grammaa. Se on noin 5 miljardia kertaa vetyatomia vähemmän.
Äärimmäisen alhainen massa ei suoraan aiheuta aavemaisuutta, vaan nämä ominaisuudet ovat erilliset. Esimerkiksi valolla ei ole lepomassaa, mutta monet materiaalit pysäyttävät valon kulun.
Neutriinoja ei pidä sekoittaa neutroneihin, jotka ovat atomiytimen osia. Neutronisäteily on vaarallista, ja sitä syntyy ydinreaktoreissa – mutta se myös pysähtyy kohdatessaan materiaa.
Näin tutkimustulos pääteltiin
Neutriinoja tarkkaillaan suurikokoisilla neutriinoilmaisimilla, tässä tapauksessa SNO+ -nimisellä mittalaittella. Se on noin 1000 tonnin pallomainen vesitankki, jota ympäröi liki 10 000 valomonistinputkea. Ilmaisin on rakennettu Sudburyn lähellä Kanadassa sijaitsevaan Creightonin nikkeli- ja kuparikaivokseen noin 2100 metriä maanpinnan alle.
Aika ajoin yksittäinen neutriino koko valtaisasta tulvasta reagoi tankin sisältämän veden kanssa ja synnyttää pienen valonväläyksen.
Ydinvoimalan synnyttämät neutriinot voitiin erottaa Auringon neutriinoista niiden erilaisen energian vuoksi. Samalla perusteella voitiin todennäköisin syin sulkea pois myös Maapallon sisäisen radioaktiivisen beetahajoamisen synnyttämät niin sanotut geoneutriinot, uutislähteissä kirjoitetaan.
SNO+-observatorion tutkijat keräsivät dataa 190 päivää, ja New Scientistin mukaan ydinvoimalan reaktioita vastaavan energia-alueen neutriinoita ”osui” ilmaisimen atomeihin 14 kertaa. Mistä suunnasta ne olivat singahtaneet kaivokseen, ei voitu suoraan todistaa, mutta muutakaan järkevää vaihtoehtoa niiden lähteestä ei ole.
Neutriinojen määrä ja niiden energia nimittäin täsmäsivät yksiin 240 kilometrin päässä sijaitsevan voimalan kanssa. Tämä yksikkö on kaikella todennäköisyydellä Brucen ydinvoimala Kincardinen kunnassa Huronjärven rannalla. Brucen voimala on iso: siellä on kahdeksan kappaletta reilun 800 megawatin reaktoria.
Neutriinot matkasivat maan alla sijaitsevaan kaivokseen tietenkin suoraan peruskallion läpi. Kuten Auringon neutriinoille, myös ydinvoimalan neutriinoille kaikki materia on lähes läpinäkyvää.
Keinotekoisesti tuotettuja neutriinoja on ennenkin havaittu kiven läpi, mutta silloin kyse on ollut kapeasti suunnatusta neutriinosäteestä eikä joka suuntaan tasaisesti säteilevästä lähteestä.
Data-analyysiin tutkijat käyttivät kahta eri menetelmää, jotka antoivat saman tuloksen. Tilastollinen luottamustaso havainnoille on 3,5 keskihajontaa, mikä tarkoittaa 99,98 prosentin luottamustasoa. Pikkiriikkisellä 0,02 prosentin todennäköisyydellä kyse voi olla tilastollisesta sattumasta.
APS Physicsin mukaan ydinvoimalaa ei yritetty varta vasten havaita, vaan SNO+:n tutkijat huomasivat sen vahingossa osana muita tutkimuksia. He yrittivät saada selville, olisivatko neutriino ja antineutriino perimmältään sama hiukkanen, niin että erilaisia neutriinoja olisi kuuden sijasta vain kolme. Tähän ei saatu vastausta ainakaan vielä, mutta jos vastaus olisi kyllä, neutriino kuuluisi niin sanottujen Majoranan hiukkasten joukkoon.
Aiemmissa tutkimuksissa on kuitenkin saatu vahvoja viitteitä siitä, että neutriinot eivät ole Majoranan hiukkasia, eli kukin neutriinotyyppi on erillinen hiukkanen omasta antihiukkasestaan.
Nyt keksittyä mittausmenetelmää voidaan kenties yrittää käyttää ”ydinasetehtaiden” eli ydinpommeissa tarvittavan plutoniumin valmistuspaikkojen havainnointiin, New Scientistissä pohditaan.
(*) Auringon neutriinovuoksi Maapallon etäisyydellä mainitaan eri lähteissä 70 tai 100 miljardia sekunnissa per neliöSENTTImetri, eli 7…10 × 10¹⁴ /m²/s. Ihmiskehon lävistävä 400 000…600 000 miljardia on arvioitu tästä.
Koska Maan etäisyys Auringosta on noin 150 Gm, leviää mainittu vuo 4π × (150 × 10⁹)² = noin 2,8 × 10²³ neliömetrin alueelle. Auringon ytimessä muodostuva neutriinojen määrä saadaan kertomalla vuo tällä pinta-alalla: vastaus on noin 2…3 × 10³⁸ /s.