Füzyon reaktörlerinde gizli plütonyum üretimi tespit edilebilir

Virginia Tech öncülüğündeki bir araştırma ekibi, füzyon reaktörlerinde gizlice plütonyum üretilmesi halinde bunun reaktör dışına yerleştirilen antinötrino dedektörleriyle fark edilebileceğini ortaya koydu. Füzyon enerjisi, hidrojen çekirdeklerinin birleşmesiyle açığa çıkan büyük miktardaki enerjiden yararlanmayı amaçlıyor. Bu teknoloji, geleneksel nükleer fisyon reaktörlerinden farklı olarak çalışmak için silah yapımında kullanılabilecek maddelere ihtiyaç duymuyor. Ancak araştırmacılara göre bu durum, füzyon reaktörlerinin kötüye kullanım ihtimalini tamamen ortadan kaldırmıyor.

Füzyon tepkimesi sırasında enerjiyle birlikte yoğun bir nötron akışı da ortaya çıkıyor. Reaktöre gizlice uranyum-238 yerleştirilmesi halinde bu nötronlar, uranyum çekirdekleriyle etkileşime girebiliyor. Bu süreç sonunda nükleer silahlarda kullanılabilen plütonyum-239 üretilebiliyor. Araştırmacılar bu nedenle gelecekteki füzyon tesislerinde yalnızca enerji üretiminin değil, reaktöre hangi maddelerin yerleştirildiğinin de denetlenmesi gerektiğini belirtiyor.

Antinötrinolar gizlenemeyen bir sinyal oluşturuyor

Çalışmada gizli plütonyum üretimini belirlemek için antinötrino dedektörlerinden yararlanılması planlanıyor. Antinötrinolar, bazı nükleer tepkimeler sırasında ortaya çıkan çok düşük kütleli ve yüksüz parçacıklar. Maddeyle çok zayıf etkileşime girdikleri için çelik, beton ve reaktör duvarları gibi engellerin içinden geçebiliyorlar.

Bu nedenle reaktörün içinde gerçekleşen bir nükleer süreç gizlenmeye çalışılsa bile açığa çıkan antinötrinolar dışarı ulaşmaya devam ediyor. Antinötrinoların nükleer olmayan yöntemlerle aynı biçimde üretilmesi de mümkün olmadığı için ölçülen sinyalin kaynağı belirlenebiliyor.

Antinötrino dedektörleri, parçacıkların doğrudan izlediği yolu görüntülemiyor. Bunun yerine dedektöre ulaşan antinötrinoların sayısını ve enerji dağılımını ölçüyor. Normal çalışan bir füzyon reaktöründe beklenen antinötrino sinyali hesaplanabiliyor. Reaktörde uranyum-238 ile bağlantılı farklı nükleer tepkimeler başladığında ise antinötrinoların sayısı ve enerji dağılımı değişiyor. Değişim, normal çalışma sırasında ortaya çıkmayan ayırt edici bir desen oluşturuyor. Böylece reaktörün içinde plütonyum üretimine yönelik farklı bir nükleer süreç başladığı dışarıdan anlaşılabiliyor.

Araştırmacıların gerçekleştirdiği simülasyonlar, görece küçük bir antinötrino dedektörünün 30 gün içinde birkaç kilogram plütonyum üretildiğini tespit edebileceğini gösterdi. Miktarın belirlenmesi, olası bir nükleer silah programının erken aşamada fark edilmesini sağlayabilir. Dedektörün reaktörün içine yerleştirilmesi de gerekmiyor. Sistem, tesisten belirli bir uzaklıkta çalışarak ölçüm yapabiliyor.

Ticari füzyon reaktörlerinin yaygın kullanıma girmesi için hala teknik ve ekonomik engeller bulunuyor. Füzyon enerjisindeki yavaş ilerlemenin temel nedeni de doğrudan silahlanma riski değil; tepkimenin sürdürülebilmesi, malzemelerin dayanıklılığı ve enerji maliyetleri gibi çok sayıda sorun çözülmeyi bekliyor. Bununla birlikte yeni çalışma, füzyon tesislerinin gelecekte nasıl denetleneceğine ilişkin kuralların şimdiden geliştirilmesi gerektiğini gösteriyor.

Kaynak: Physical Review Applied