已停堆的核反应堆并不会就此沉寂。留在堆芯和旁边冷却水池中的燃料还会在数月乃至数年内持续衰变，每一次衰变都会释放出一个反中微子。这种粒子极不情愿与物质相互作用，可以毫不费力地穿过钢、混凝土和水。如今，一项实验首次计数到了这股残余流。Double Chooz合作组在法国阿登省的肖兹（Chooz）B核电站开展研究，在两座反应堆完全停堆的状态下观测了17.2天，记录到106 ± 18个反中微子事件，而预期值为88 ± 7个。5.9个标准差的超出验证了一个早在1978年就提出的设想：即使反应堆停止运行，也可以凭借它遗留下来的放射性来读取它的状态。
这一信号之所以存在，是因为裂变并不会干脆利落地停止。反应堆运行期间，铀和钚的原子核分裂成碎片，这些碎片富含中子，通过β衰变趋于稳定，而每一次β衰变都会把一个中子转变成质子，同时发射出一个电子反中微子。每次裂变大约产生6个反中微子，这正是运行中的堆芯成为地球上这类粒子最亮人造源的原因。但许多裂变产物衰变得很慢。铈-144和钌-106等同位素在反应堆停堆后仍能存留数月至数年，它们的衰变使反中微子流维持在低于运行通量百分之一的水平。在残余信号最强的能量窗口，即1到3 MeV之间，近探测器的反中微子产额由两种同位素主导：镨-144贡献了约54%的事件，铑-106贡献了约38%。
探测这些事件需要扣除本底。Double Chooz探测器位于地下，距离两个堆芯约400米（1312英尺），装有超过30立方米（1060立方英尺）的液体闪烁体，这种材料在反中微子与它相互作用时会发出一道闪光。这种相互作用本身就是实验要捕捉的特征信号：一个反中微子撞击一个质子，产生一个正电子和一个中子，这两个粒子会形成特征性的延迟双闪光。在17.2天的停堆数据中，近探测器在1到9 MeV范围内记录到517个候选事件，即每天30.0 ± 1.4个。但其中绝大多数是本底：来自宇宙射线的μ子、被这些μ子撞出的中子，以及μ子击碎碳原子核时产生的短寿命同位素锂-9。扣除所有这些本底后，1到3 MeV窗口内仍残留每天6.2 ± 1.1个事件，而预期为5.1 ± 0.4。3 MeV以上的超出消失，与残余谱的高能尾部低于实验灵敏度的预测相符。
实验的几何布局给了它以往任何反应堆实验都不具备的优势。大亚湾（Daya Bay）和RENO是另外两座大型反中微子观测站，它们紧邻的反应堆群中各机组从不曾同时停堆，因此无法进行停堆状态的测量。肖兹B有两座堆芯，2017年两座堆芯曾同时停堆4次，总计24.4天。这一巧合让合作组得以在原位测量残余信号，而不是根据运行期数据来推算。位于1.05公里（0.65英里）外的远探测器观测到较小的超出，为27 ± 13个事件，而预期为14 ± 1个，与更远距离处更弱的通量相符。两台探测器的数据与基于精确燃料存量、燃耗历史和裂变产物衰变链构建的模拟结果一致，正是这一点把这项测量从一项有趣的发现转变为一次验证。
这项成果的实际意义延伸到核保障领域，即用于核查裂变材料未被转用的国际体系。基于中微子的监测自20世纪80年代起就有人讨论，当时苏联研究人员曾在罗夫诺（ROVNO）核电站测试这一构想，但它始终局限于运行中的反应堆。这项结果把该技术扩展到了停堆期，也就是燃料在堆芯与水池之间转移、原则上可能有人对材料动手的维护窗口。安装在核电厂围墙外的探测器可以确认反应堆确实处于停堆状态，追踪乏燃料是否被移动过，并估算某一燃料组件已经冷却了多久，因为铈-144与钌-106的衰变产物比例会随时间变化。中国的JUNO-TAO实验已经开始探索同样的停堆窗口，利用其数据分离乏燃料信号。
不确定性主要来自统计：实测的106个事件与预期的88个在误差范围内一致，因此这项实验证实了现有模型，但尚未对其加以改进。基于μ子标记和偶然符合原位测量建立的本底模型本身也带有假设。肖兹的探测器是一台物理实验装置，而非核保障工具：实用的监测系统需要更小、更便宜，并且能够远程操作。合作组所确立的结论范围更窄，但很扎实：停堆反应堆的残余反中微子余辉真实存在，它与遗留燃料的衰变存量相符，并且可以从数百米（数百码）之外计数到。一座陷入黑暗的反应堆，仍会一个粒子接一个粒子地告诉你，它曾经是什么，又留下了什么。
婷 翻译
Sources:
- Double Chooz Collaboration (Abrahão, T. et al.). “First Measurement of Neutrino Emissions from Spent Nuclear Fuel by the Double Chooz Experiment.” Physical Review Letters 137, 061803 (2026). DOI: 10.1103/dr26-j19g. Preprint: arXiv:2510.04869.
- Max Planck Institute for Nuclear Physics (MPIK) press release, “First measurement of antineutrinos from spent nuclear fuel,” August 4, 2026.
- ScienceDaily, “Scientists Detect a Nuclear Reactor’s Ghostly Afterglow for the First Time,” August 14, 2026.
- Chen, S. “Detecting the Illicit Removal of Nuclear Fuel.” Physics 19, s94 (2026).