Was ist Antineutrino – Definition

Antineutrinos sind die Antiteilchen der Neutrinos. Das Antineutrino ist ein elementares subatomares Teilchen mit infinitesimaler Masse und ohne elektrische Ladung. Strahlendosimetrie

Antineutrinos sind die Antiteilchen von Neutrinos . Das Antineutrino ist ein elementares subatomares Teilchen mit infinitesimaler Masse (weniger als 0.3eV..?) und ohne elektrische Ladung. Neutrinos und Antineutrinos gehören zur Familie der Leptonen , was bedeutet, dass sie nicht über eine starke Kernkraft wechselwirken. Neutrinos sind gravitative und schwach wechselwirkende subatomare Teilchen mit einer halben Spineinheit. Auch Antineutrinos (als Neutrinos) sind sehr durchdringende subatomare Teilchen, die ohne jegliche Wechselwirkung die Erde durchdringen können. Derzeit (2015) ist nicht geklärt, ob das Neutrino und sein Antiteilchen nicht identische Teilchen sind.

Antineutrinos werden beim negativen Betazerfall produziert . In einem Kernreaktor tritt vor allem der β  -Zerfall auf, da das gemeinsame Merkmal der Spaltprodukte ein Überschuss an Neutronen ist (siehe Kernstabilität ). Ein instabiles Spaltfragment mit Neutronenüberschuss unterliegt einem β  -Zerfall, bei dem das Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino umgewandelt wird . Daher ist jeder Kernreaktor eine sehr leistungsfähige Quelle für Antineutrinos und Forscher auf der ganzen Welt untersuchen die Möglichkeiten der Verwendung von Antineutrinos für die Reaktorüberwachung.

Andererseits ist die Sonne selbst zweifellos die stärkste Quelle von Neutrinos im Sonnensystem. Milliarden solarer Neutrinos passieren pro Sekunde (meistens ohne jegliche Wechselwirkung) jeden Quadratzentimeter (~6 x 10 10 cm -2 s -1 ) auf der Erdoberfläche. In der Sonne werden Neutrinos nach der Fusionsreaktion zweier Protonen während des positiven Beta-Zerfalls des Helium-2-Kerns erzeugt.

_{2}^{2}textrm{He}Pfeil nach rechts _{1}^{2}textrm{H} + Beta^{+} + nu_{{e}}

Nachweis von Antineutrinos

Da Neutrinos  Materie nicht ionisieren , können sie nicht direkt nachgewiesen werden. Der Antineutrino-Nachweis (1995 Nobelpreis für Frederick Reines und Clyde Cowan) basiert auf der Reaktion:

Diese Wechselwirkung ist symmetrisch zum Beta-Zerfall von freien Neutronen , daher wird sie manchmal als inverser Beta-Zerfall bezeichnet . Alle Nachweismethoden erfordern, dass die Neutrinos eine minimale Schwellenenergie von 1,8 MeV tragen . Nur Antineutrinos mit einer Energie oberhalb der Schwelle von 1,8 MeV können Wechselwirkungen mit den Protonen im Wasser verursachen, wodurch Positronen und Neutronen entstehen .

Kernreaktor als Antineutrinoquelle

Kernreaktoren sind die Hauptquelle für vom Menschen erzeugte Antineutrinos. Dies liegt daran, dass Antineutrinos bei einem negativen Beta- Zerfall produziert werden. In einem Kernreaktor tritt vor allem der β  -Zerfall auf, denn das gemeinsame Merkmal der Spaltfragmente ist ein Überschuss an Neutronen (siehe Kernstabilität ). Ein instabiles Spaltfragment mit Neutronenüberschuss unterliegt einem β  -Zerfall, bei dem das Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino umgewandelt wird . Die Existenz der Emission von Antineutrinos und ihr sehr geringer Wirkungsquerschnitt für jede Wechselwirkung führt zu einem sehr interessanten Phänomen. Grobetwa 5% (oder etwa 12 MeV von 207 MeV) der freigesetzten Energie pro einem Spalt wird abgestrahlt aus dem Reaktor in Form von Antineutrinos. Für einen typischen Kernreaktor mit einer thermischen Leistung von 3000 MW th (~1000 MW e elektrischer Leistung) ist die erzeugte Gesamtleistung sogar höher, ca. 3150 MW, von denen 150 MW als Antineutrinostrahlung in den Weltraum abgestrahlt werden. Diese Energiemenge geht für immer verloren, da Antineutrinos alle Reaktormaterialien ohne Wechselwirkungen durchdringen können. Tatsächlich ist eine gängige Aussage in Physiktexten, dass die mittlere freie Weglänge eines Neutrinos ungefähr ein Lichtjahr Blei beträgt. Darüber hinaus kann ein Neutrino mittlerer Energie leicht tausend Lichtjahre Blei durchdringen (nach JB Griffiths ).

Bitte beachten Sie, dass durch jeden Quadratzentimeter (~6×10 10 ) auf der Erdoberfläche Milliarden solarer Neutrinos pro Sekunde (meist ohne jegliche Wechselwirkung) passieren und Antineutrinostrahlung keineswegs gefährlich ist.

Beispiel – Menge an produzierten Antineutrinos:

Stabile Kerne mit der wahrscheinlichsten Massenzahl A aus der U-235- Spaltung sind _{40}^{94}textrm{Zr} und _{58}^{140}textrm{Ce}. Diese Kerne haben zusammen 98 Protonen und 136 Neutronen , während Spaltfragmente ( Stammkerne ) zusammen 92 Protonen und 142 Neutronen haben . Das bedeutet , dass nach jeder U-235 – Spaltung die Spaltfragmente im Durchschnitt 6 negative Beta – Zerfälle durchlaufen müssen ( 6 Neutronen müssen in 6 Protonen zerfallen ) und daher müssen pro Spaltung 6 Antineutrinos produziert werden . Der typische Kernreaktor produziert daher ca. 6 x 10 20Antineutrinos pro Sekunde (~ 200 MeV / fission; ~ 6 Antineutrinos / fission; 3000 MW th ; 9,375 x 10 19 fissions / sec).

Referenz: Griffiths, David, Introduction to Elementary Particles, Wiley, 1987.

Betazerfall
Betazerfall des C-14-Kerns.

Neutrino-Ereignis
Quelle: wikipedia.org

Antineutrino-Detektor
Das Innere eines zylindrischen Antineutrino-Detektors, bevor er mit einem klaren flüssigen Szintillator gefüllt wird, der Antineutrino-Wechselwirkungen durch die sehr schwachen Lichtblitze, die sie aussenden, sichtbar macht. Empfindliche Photomultiplier-Röhren säumen die Detektorwände und sind bereit, die verräterischen Blitze zu verstärken und aufzuzeichnen.
Foto: Roy Kaltschmidt, LBNL
Quelle: Daya Bay Reactor Neutrino Experiment

Antineutrino-Erkennung
Quelle: Folien – Dr. Blücher, Enrico Fermi Institut

Energie aus Uranspaltung
Energie aus Uranspaltung

Spaltfragmenterträge
Spaltfragmentausbeute für verschiedene Kerne. Die wahrscheinlichsten Fragmentmassen liegen um die Masse 95 (Krypton) und 137 (Barium).