Ang mga siyentista ay nakakita ng isang paraan upang malaman kung bakit ito mainit sa loob ng mundo

Talaan ng mga Nilalaman:

Ang mga siyentista ay nakakita ng isang paraan upang malaman kung bakit ito mainit sa loob ng mundo
Ang mga siyentista ay nakakita ng isang paraan upang malaman kung bakit ito mainit sa loob ng mundo
Anonim

Ang mundo ay nagtatayo ng dalawang mga detektor na may kakayahang magrehistro ng mga geoneutrino - mga maliit na butil na nabuo ng pagkabulok ng radioaktif sa loob ng Earth. Makakatulong ito upang maunawaan ang mekanismo ng pagbuo ng malalim na init, at sa hinaharap - upang mahulaan ang mga natural na sakuna. Marahil ay linilinaw din ng "terrestrial neutrinos" ang tanong kung paano eksaktong nabuo ang ating planeta.

Ang Antineutrino ay tumawag sa account

Ang mga neutrino at antineutrino ay mga particle ng elementarya na matagal nang itinuturing na mailap. Nabuo ang mga ito sa panahon ng pagkabulok ng beta, isang uri ng fission nukleyar. Sa Lupa, ginawa ang mga ito ng mga reactor ng nuklear.

Ang mga natural na neutrino ay nagmula sa Araw bilang isang resulta ng mga self-sustain na thermonuclear na reaksyon. Ipinanganak sila sa himpapawid sa ilalim ng impluwensya ng cosmic ray. Sa kalawakan, dinala ang mga relic neutrino, na lumitaw sa mga unang sandali ng Big Bang. At, sa wakas, ang mapagkukunan ng neutrino ay mga radioactive isotop na nakakalat sa bituka ng planeta.

Ang ideya ng paggamit ng antineutrinos upang subukan ang mga pang-heolohikal na pagpapalagay ay nagmula sa mga physicist noong 1960s. Nirehistro lamang sila sa kauna-unahang pagkakataon lamang noong 2005 sa KamLAND underground detector (Japan) bilang isang resulta sa pag-aaral ng solar neutrinos. Noong 2010, ang pagkakaroon ng mga maliit na butil ay mapagkakatiwalaang nakumpirma sa eksperimento ng Borexino sa Italya.

Ang terrestrial antineutrinos ay makakatulong upang ibunyag ang mga pangunahing misteryo ng agham: kung gaano karaming mga elemento ng radioactive ang nasa loob ng planeta at kung saan sila naisalokal, kung magkano ang nabuo na init, kung aling mga modelo ng istraktura at komposisyon ng Earth ang mas naaayon sa mga obserbasyon.

Gayunpaman, ito ay hindi gaanong madaling gawin: bagay, sa pangkalahatan, ay transparent sa neutrino (na makikita sa pangalan ng maliit na butil). Ang mga particle ay hindi lumahok sa electromagnetic at malakas na pakikipag-ugnayan, hindi nila nararamdamang grabidad, tumutugon lamang sila sa mga mahihinang puwersa na kumikilos sa mga kaliskis na mas mababa sa diameter ng isang proton. Ang isang neutrino ay maaaring lumipad sa kalawakan sa loob ng sampu-sampung mga ilaw na taon, butas sa mga bituin, ulap ng gas, mga planeta, hindi kailanman nakabangga sa anumang iba pang mga maliit na butil.

Sa buong panahon, ang Borexino at KamLAND ay nakarehistro ng mga signal mula 190 tungkol sa mga geoneutrino - ang mga produktong nabubulok ng uranium-238 at thorium-232. Sa isang banda, ito ay katibayan na posible ang direktang pagmamasid sa pagkilos ng terrestrial neutrinos, at ang paunang data ay sang-ayon sa pangkalahatang tinatanggap na mga heolohikal na modelo; sa kabilang banda, ang istatistika na ito ay hindi sapat para sa hindi maliwanag na mga konklusyong pang-agham. Tatagal ng daan-daang taon upang makolekta ito sa mga mayroon nang mga eksperimento.

Image
Image

Binago ng pagkabulok ng beta ang isang neutron sa isang atomic nucleus sa isang proton. Sinamahan ito ng paglabas ng isang electron at isang antineutrino. Ang lakas ng electron ay nagiging thermal energy, at ang antineutrino, nang hindi nakikipag-ugnay sa anupaman, ay nadala sa kalawakan

Ang mga higanteng detektor sa serbisyo ng mga geophysicist

Ang mga detektor ng Borexino at KamLAND ay malaking tanke na puno ng mga likidong hidrokarbon na kumikilos bilang isang scintillator. Kapag nakikipag-ugnay sa neutrino, naglalabas sila ng mga photon, na nakarehistro ng mga photomultiplier. Ang mga pag-install ay inilalagay sa mga mina na malalim sa ilalim ng lupa upang mabawasan ang mga epekto ng cosmic ray.

Ang mga detektor na nasa ilalim ng konstruksyon ay gagana sa parehong mga prinsipyo tulad ng mga kasalukuyang. Upang magrehistro ng higit pang mga kaganapan, ang masa ng scintillator ay mapataas nang malaki, at ang likido mismo ay malinis ng mga radioactive impurities (carbon-14, radon) na lumilikha ng ingay. Bilang karagdagan, mahalaga na hanapin ang mga detektor na malayo sa pagpapatakbo ng mga nuclear reactor hangga't maaari.

Ang isa sa mga pasilidad, ang SNO +, ay nasa ilalim ng konstruksyon sa Sudbury Neutrino Observatory sa Canada. Nagsimula na itong mapunan ng isang likidong scintillator. Ang pinakamalaking 20-kiloton detector ng mundo na dinisenyo, bukod sa iba pang mga bagay, para sa pag-aaral ng terrestrial neutrinos - JUNO - ay itinatayo sa southern China. Magsisimula na itong mangolekta ng mga istatistika sa pamamagitan ng 2021.

Ang pag-unlad ng isang malaking detektor ng scintillation na may target na masa na sampung kiloton sa Baksan Neutrino Observatory ng INR RAS sa North Caucasus ay tinalakay.

Tulad ng pagsulat ng mga may-akda ng proyekto, "ang mga tampok na pangheograpiya ng lokasyon ng obserbatoryo ay ginagawang posible upang lubos na pigilan ang background na nauugnay sa mga antineutrino fluxes mula sa pagpapatakbo ng mga reaktor ng mga planta ng nukleyar na kuryente, at irehistro ang mga antineutrino flux na nagdadala ng impormasyon tungkol sa istraktura ng ang crust ng lupa sa rehiyon na ito."

Image
Image

SNO + neutrino detector sa Canada

Ano ang nagpapainit sa bituka ng planeta

Ang 34 na matagal nang nabubuhay na mga isotop ay responsable para sa natural na radioactivity ng Earth, ang pinakamalaking kontribusyon ay ginawa lamang ng tatlo: uranium-238, thorium-232 at potassium-40. Ayon sa pangkalahatang tinatanggap na modelo ng Earth - silicate (Bulk Silicate Earth) - karamihan sa mga radionuclide ay nakapaloob sa itaas na shell ng Earth - ang lithosphere, halos kalahati sa mga ito ay nakakalat sa mantle, at halos wala sa core.

Ang pamamahagi ng mga radionuclides ay isang bunga ng pagbuo ng planeta. Kaagad pagkatapos ipanganak mula sa isang siksik na ulap ng gas at alikabok, ang Daigdig ay isang tinunaw na bola. Pinadali ito ng dalawang kundisyon: isang napakataas na nilalaman ng radionuclides (sa partikular, pagkatapos ay mayroong dalawang beses na mas maraming uranium-238, ang kalahating buhay nito ay katumbas ng habang buhay ng Daigdig - 4.5 bilyong taon) at matinding pagbomba ng mga meteorite.

Habang lumamig ito, nagsimulang mag-stratify ang usapin ng planeta. Ang iron at nickel ay lumubog sa loob, na bumubuo ng isang core, isang silicate natutunaw na naipon sa itaas, na sumipsip ng mga elemento ng lithophilic, kabilang ang potasa, thorium, at uranium.

Sa panahon ng pagkabulok ng beta, ang enerhiya na dala ng mga electron ay ginawang init, at dinala ng antineutrino ang kanilang bahagi ng enerhiya sa kalawakan. Kung alam mo ang kanilang mga parameter, maaari mong kalkulahin ang konsentrasyon ng mga radionuclide ng magulang sa crust at mantle at linawin kung gaano ang init na nabuo nila.

Image
Image

Pinagmulan ng panloob na init ng planeta. Ang karaniwang tinatanggap na modelo ng Earth ay nagsasaad na ang radionuclides ay nakakalat sa crust at mantle ng mundo at wala sa core.

Ang kasalukuyang mga pagtatantya ng kabuuang daloy ng init ng Daigdig at ang bahagi ng bawat isa sa mga mapagkukunan ay magkakaiba-iba depende sa pamamaraan ng pagkalkula. Sa average, ang kontribusyon ng init ng radiogenic ay tungkol sa 20 porsyento. Ang natitira ay dahil sa sekular na paglamig ng mantle (na orihinal na natunaw at lumalamig mula noon) at ang init ng core ng planeta.

Dahil sa panloob na mapagkukunan ng init, nangyayari ang paghahalo (kombeksyon) ng balabal, nabuo ang mga plume at, bilang isang resulta, ang aktibidad na tectonic ay nagpapakita ng sarili sa ibabaw ng planeta: ang paggalaw ng mga plato sa crust ng lupa, ang pagbuo ng malalaking pagkakamali at bundok mga sistema, lindol at bulkanismo.

Ang isa pang pangunahing gawain ay upang maitaguyod ang ratio ng mga isotopes ng thorium at uranium. Ang pagtatasa ng chondrite meteorites at paghahambing ng mga sample na kinuha sa crust ng lupa ay naging posible upang makalkula na ang thorium-232 ay 3, 9 beses na higit pa sa uranium-238. Upang maunawaan ang maagang pag-unlad ng Daigdig, isang tumpak na pagtatantya ang kinakailangan, na maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga geoneutrino.

Gayunpaman, ang paunang kinakalkula na masa ng thorium at uranium sa crust at mantle ay hindi nagpapaliwanag ng buong radiogenic heat flx. Kaugnay nito, noong dekada 1990, lumitaw ang isang teorya na sa unang yugto ng pagbuo ng Earth, bahagi ng mga radionuclide ang pumasok sa core. Ang likas na georeactor na ito ay ang mapagkukunan ng enerhiya para sa mga mantle plume at magnetikong patlang ng planeta. Ang detektor ng JUNO ay makakatulong upang ma-verify ang palagay na ito.

Saan napunta ang potassium-40?

Sa mga kalkulasyon ng heat flux ng planeta, ang kontribusyon mula sa pagkabulok ng potassium-40 ay karaniwang hindi isinasaalang-alang. Pinaniniwalaan na ito ay isang pagkakasunud-sunod ng magnitude na mas mababa sa uranium-238 at thorium-232, at lahat ito ay nakatuon sa crust ng lupa. Gayunpaman, ang mga pagpapalagay na ito ay maaaring maging mali, ayon sa mga siyentista mula sa INR RAS at INEOS RAS.

Gumagamit sila ng isang kahalili, tinanggihan ng pang-agham na komunidad, ang modelo ng isang paunang hydride na Daigdig, batay sa katotohanan na ang komposisyon ng mga planeta ay naiimpluwensyahan ng kanilang distansya mula sa Araw. Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng modelong ito at ang karaniwang tinatanggap na isa ay pinapayagan nito ang nilalaman ng radionuclides sa core, at ang dami ng potassium-40 ay dalawang order ng magnitude na mas malaki kaysa sa masa ng uranium at thorium. Dahil dito, ang kabuuang pagkilos ng init ay naging napakalaking - halos 304 terawatts laban sa 47 terawatts na kinakalkula mula sa mga sukat sa mga superdeep na balon.

Ayon sa mga may-akda ng artikulo, ang mga obserbasyon ng geoneutrinos ay maaaring malutas ang kabalintunaan na ito at suriin ang modelo ng una na hydride Earth. Bukod dito, kritikal na mahalaga na ihiwalay ang signal mula sa pagkabulok ng potasa-40. Gayunpaman, sa ngayon ang mga umiiral nang teknolohiya ay hindi pinapayagan itong magawa.

Inirerekumendang: