Գիտնականները գտել են մի միջոց ՝ պարզելու, թե ինչու է երկրի ներսում տաք

Բովանդակություն:

Գիտնականները գտել են մի միջոց ՝ պարզելու, թե ինչու է երկրի ներսում տաք
Գիտնականները գտել են մի միջոց ՝ պարզելու, թե ինչու է երկրի ներսում տաք
Anonim

Աշխարհը կառուցում է երկու դետեկտոր, որոնք ունակ են գրանցել գեոէվտրինո ՝ մասնիկներ, որոնք առաջացել են Երկրի ներսում ռադիոակտիվ քայքայման արդյունքում: Սա կօգնի հասկանալ խոր շոգի առաջացման մեխանիզմը, իսկ ապագայում `կանխատեսել բնական աղետները: Թերեւս «երկրային նեյտրինոները» կհստակեցնեն նաեւ այն հարցը, թե ինչպես է ճիշտ ձևավորվել մեր մոլորակը:

Antineutrinos- ը պատասխանատվության կանչեց

Նեյտրինոները և հակաէվտրինոները տարրական մասնիկներ են, որոնք վաղուց անհասանելի են համարվել: Դրանք առաջանում են բետա քայքայման ժամանակ ՝ միջուկային տրոհման տեսակ: Երկրի վրա դրանք արտադրվում են միջուկային ռեակտորների միջոցով:

Բնական նեյտրինոները գալիս են Արեգակից `ինքնապաշտպանական ջերմամիջուկային ռեակցիաների արդյունքում: Նրանք ծնվում են մթնոլորտում տիեզերական ճառագայթների ազդեցության տակ: Տիեզերքում կրում են մասունքային նեյտրինոներ, որոնք ի հայտ են եկել Մեծ պայթյունի առաջին պահերին: Եվ, վերջապես, նեյտրինոյի աղբյուրը ռադիոակտիվ իզոտոպներն են, որոնք ցրված են մոլորակի աղիքներում:

Երկրաբանական վարկածների ստուգման համար հակաէտրինոների օգտագործման գաղափարն առաջացել է ֆիզիկոսների մոտ 1960 -ականներին: Նրանք առաջին անգամ գրանցվեցին միայն 2005 թվականին KamLAND ստորգետնյա դետեկտորում (Japanապոնիա) ՝ որպես արևային նեյտրինոների ուսումնասիրության կողմնակի արդյունք: 2010 -ին մասնիկների գոյությունը հուսալիորեն հաստատվեց Իտալիայում Բորեքսինոյի փորձով:

Terամաքային հակաէտրինոները կօգնեն բացահայտել գիտության հիմնարար առեղծվածները. Քանի՞ ռադիոակտիվ տարրեր կան մոլորակի ներսում և որտեղ են դրանք տեղայնացված, որքան ջերմություն են նրանք արտադրում, Երկրի կառուցվածքի և կազմի ո՞ր մոդելներն են ավելի համընկնում դիտարկումների հետ:.

Այնուամենայնիվ, դա այնքան էլ հեշտ չէ անել. Նյութը, մեծ հաշվով, թափանցիկ է նեյտրինոյի համար (որն արտացոլվում է մասնիկի անվան մեջ): Մասնիկները չեն մասնակցում էլեկտրամագնիսական և ուժեղ փոխազդեցություններին, նրանք գրեթե չեն զգում ձգողականություն, նրանք արձագանքում են միայն թույլ ուժերին, որոնք գործում են պրոտոնի տրամագծից փոքր մասշտաբներով: Նեյտրինոն կարող է տիեզերքում թռչել տասնյակ լուսային տարիներ ՝ ծակելով աստղեր, գազի ամպեր, մոլորակներ ՝ երբեք չբախվելով որևէ այլ մասնիկի:

Ամբողջ ժամանակահատվածում Borexino- ն և KamLAND- ը գրանցել են ազդանշաններ մոտ 190 գեոէվտրինոներից `ուրանի -238 և թորիում-232-ի քայքայման արտադրանքներից: Սա, մի կողմից, ապացույցն է այն բանի, որ ցամաքային նեյտրինոների հոսքի անմիջական դիտարկումը հնարավոր է, և նախնական տվյալները համահունչ են ընդհանուր ընդունված երկրաբանական մոդելների հետ. Մյուս կողմից, այս վիճակագրությունը բավարար չէ միանշանակ գիտական եզրակացությունների համար: Հարյուրավոր տարիներ կպահանջվեն այն գոյություն ունեցող փորձերում հավաքելու համար:

Image
Image

Բետա քայքայումը ատոմային միջուկի նեյտրոնը վերածում է պրոտոնի: Սա ուղեկցվում է էլեկտրոնի և հակաէտրինոյի արտանետմամբ: Էլեկտրոնի էներգիան վերածվում է ջերմային էներգիայի, իսկ հակաէտրինոն, առանց որևէ բանի հետ փոխազդելու, տարվում է տիեզերք

Հսկա դետեկտորները `երկրաֆիզիկոսների ծառայությանը

Borexino- ի և KamLAND- ի դետեկտորները հսկայական տանկեր են, որոնք լցված են հեղուկ ածխաջրածիններով և հանդես են գալիս որպես սինթիլյատոր: Նեյտրինոների հետ փոխազդելիս նրանք արտանետում են ֆոտոններ, որոնք գրանցված են ֆոտոմուլտիպլիկատորների կողմից: Տեղադրումները տեղադրված են հողի խորքում `տիեզերական ճառագայթների հետևանքները նվազեցնելու համար:

Կառուցվող դետեկտորները կգործեն նույն սկզբունքներով, ինչ գործողները: Ավելի շատ իրադարձություններ գրանցելու համար սցինտիլատորի զանգվածը զգալիորեն կբարձրանա, և հեղուկն ինքը կմաքրվի ռադիոակտիվ կեղտերից (ածխածին -14, ռադոն), որոնք առաջացնում են աղմուկ: Բացի այդ, կարևոր է դետեկտորները տեղակայել հնարավորինս հեռու միջուկային ռեակտորներից:

Հաստատություններից մեկը `SNO + - ը, կառուցվում է Կանադայի Սուդբերիի Նետրինո աստղադիտարանում: Այն արդեն սկսել է լցվել հեղուկ սցինտիլյատորով: Աշխարհի ամենամեծ 20 կիլոտոնանոց դետեկտորը, որը ի թիվս այլ բաների, նախագծվել է երկրային նեյտրինոների `JUNO- ի ուսումնասիրության համար, կառուցվում է Չինաստանի հարավում: Մինչև 2021 թվականը կսկսի հավաքել վիճակագրությունը:

Քննարկվում է Հյուսիսային Կովկասում INR RAS- ի Baksan Neutrino աստղադիտարանում տասը կիլոտոնանոց թիրախային զանգվածով սինթիլացիայի մեծ դետեկտորի ստեղծումը:

Ինչպես գրում են նախագծի հեղինակները, «աստղադիտարանի գտնվելու վայրի աշխարհագրական առանձնահատկությունները հնարավորություն են տալիս զգալիորեն ճնշել ատոմակայանների գործող ռեակտորներից հակաէտրինո հոսքերի հետ կապված ֆոնը և գրանցել հակաէտրինո հոսքեր, որոնք տեղեկատվություն են փոխանցում տիեզերական կառուցվածքի մասին: Երկրի ընդերքը այս տարածաշրջանում »:

Image
Image

SNO + նեյտրինո դետեկտոր Կանադայում

Այն, ինչ տաքացնում է մոլորակի աղիքները

Երկրի բնական ռադիոակտիվության համար պատասխանատու են 34 երկարատև իզոտոպներ, որոնցից ամենամեծ ներդրումն ունի երեքը ՝ ուրանի -238, թորիում -232 և կալիում -40: Երկրի ընդհանուր ընդունված մոդելի համաձայն `սիլիկատ (Bulk Silicate Earth) - ռադիոնուկլիդների մեծ մասը պարունակվում է Երկրի վերին պատյանում` լիտոսֆերա, դրանցից կեսը ցրված են թիկնոցում, և գործնականում ոչ մեկը միջուկում:.

Ռադիոնուկլիդների այս բաշխումը մոլորակի ձևավորման հետևանք էր: Գազի և փոշու խիտ ամպից ծնվելուց անմիջապես հետո Երկիրը հալած գնդակ էր: Դրան նպաստեց երկու պայման. Ռադիոնուկլիդների շատ մեծ պարունակություն (մասնավորապես, այն ժամանակ երկու անգամ ավելի ուրան -238 էր, դրա կես կյանքը հավասար է Երկրի կյանքին `4,5 միլիարդ տարի) և երկնաքարերի ինտենսիվ ռմբակոծություններին:

Երբ սառչում էր, մոլորակի հարցը սկսեց շերտավորվել: Երկաթն ու նիկելը ներսում խորտակվեցին ՝ կազմելով միջուկ, վերևում կուտակված սիլիկատային հալոց, որը ներծծեց լիտոֆիլ տարրերը, այդ թվում ՝ կալիումը, թորիումը և ուրանը:

Բետա քայքայման ժամանակ էլեկտրոնների կրած էներգիան վերածվում է ջերմության, իսկ հակաէտրինոները էներգիայի իրենց մի մասը տանում են տիեզերք: Եթե դուք գիտեք դրանց պարամետրերը, կարող եք հաշվարկել մայրական ռադիոնուկլիդների կոնցենտրացիան ընդերքում և թիկնոցում և պարզաբանել, թե որքան ջերմություն են նրանք առաջացնում:

Image
Image

Մոլորակի ներքին ջերմության աղբյուրները: Երկրի ընդհանուր ընդունված մոդելը նշում է, որ ռադիոնուկլիդները ցրված են երկրի ընդերքում և թիկնոցում և բացակայում են միջուկում:

Երկրի ընդհանուր ջերմային հոսքի ընթացիկ գնահատականները և աղբյուրներից յուրաքանչյուրի մասնաբաժինը մեծապես տարբերվում են `կախված հաշվարկման եղանակից: Միջին հաշվով, ռադիոգեն ջերմության ներդրումը կազմում է մոտ 20 տոկոս: Մնացածը պայմանավորված է թիկնոցի (որն ի սկզբանե հալվել էր եւ այդ ժամանակվանից սառչում է) աշխարհիկ սառեցմամբ եւ մոլորակի միջուկի ջերմությամբ:

Heatերմության ներքին աղբյուրների պատճառով տեղի է ունենում թիկնոցի խառնում (կոնվեկցիա), ձևավորվում են սալիկներ, և արդյունքում տեկտոնական գործունեությունը դրսևորվում է մոլորակի մակերևույթում. համակարգեր, երկրաշարժեր և հրաբխայնություն:

Մեկ այլ հիմնարար խնդիր է `սահմանել թորիի և ուրանի իզոտոպների հարաբերակցությունը: Քոնդրիթ երկնաքարերի վերլուծությունը և երկրի ընդերքում վերցված նմուշների համեմատությունը հնարավորություն տվեցին հաշվարկել, որ թորիում-232-ը 3, 9 անգամ ավելի է, քան ուրանի -238-ը: Երկրի վաղ էվոլյուցիան հասկանալու համար անհրաժեշտ է ճշգրիտ գնահատում, որը կարելի է ձեռք բերել գեոէվտրինոների ուսումնասիրությամբ:

Այնուամենայնիվ, կեղևի և թիկնոցի մեջ թորիումի և ուրանի նախնական հաշվարկված զանգվածը չի բացատրում ամբողջ ռադիոգեն ջերմության հոսքը: Այս առումով, 1990 -ականներին հայտնվեց վարկած, որ Երկրի ձևավորման սկզբնական փուլում ռադիոակտիվ նյութերի մի մասը մտավ միջուկ: Այս բնական գեոռեակտորը էներգիայի աղբյուր է թիկնոցների թևերի և մոլորակի մագնիսական դաշտի համար: JUNO դետեկտորը կօգնի ստուգել այս ենթադրությունը:

Որտե՞ղ է գնացել կալիում -40-ը:

Մոլորակի ջերմային հոսքի հաշվարկներում սովորաբար հաշվի չի առնվում կալիում -40-ի քայքայման հետևանքները: Ենթադրվում է, որ դա ուրան -238-ից և թորիում-232-ից փոքր չափերի կարգ է, և այն բոլորը կենտրոնացած է երկրի ընդերքում: Այնուամենայնիվ, այս ենթադրությունները կարող են սխալ լինել, ըստ INR RAS- ի և INEOS RAS- ի գիտնականների:

Նրանք օգտագործում են այլընտրանք ՝ գիտական հանրության կողմից մերժված ՝ սկզբնապես հիդրիդ Երկրի մոդելը ՝ հիմնվելով այն փաստի վրա, որ մոլորակների կազմի վրա ազդում է Արևից նրանց հեռավորությունը: Այս մոդելի և ընդհանուր ընդունվածի միջև հիմնարար տարբերությունն այն է, որ այն թույլ է տալիս պարունակել միջուկում ռադիոնուկլիդներ, իսկ կալիում-40-ի զանգվածը երկու կարգի մեծություն է, քան ուրանի և թորիումի զանգվածները:Դրա շնորհիվ ջերմության ընդհանուր հոսքը հսկայական է դառնում ՝ մոտ 304 տերավատ ՝ գերտեր հորերում չափումների արդյունքում հաշվարկված 47 տերավատի դիմաց:

Ինչպես նշում են հոդվածի հեղինակները, գեոներրինոների դիտարկումները կարող են լուծել այս պարադոքսը և ստուգել ի սկզբանե հիդրիդ Երկրի մոդելը: Ավելին, չափազանց կարևոր է մեկուսացնել ազդանշանը կալիում-40-ի քայքայումից: Այնուամենայնիվ, մինչ այժմ գոյություն ունեցող տեխնոլոգիաները թույլ չեն տալիս դա անել:

Խորհուրդ ենք տալիս: