Геонейтринная томография вскроет мантию Земли

В эксперименте KamLAND ученым удалось впервые зарегистрировать нейтрино, испускаемые из ядра Земли. Тем самым открывается перспектива изучения свойств самых глубоких слоев Земли. В эксперименте KamLAND впервые удалось зарегистрировать электронные антинейтрино, испускаемые при бета-распаде урана-238 и тория-232, что позволило впервые оценить верхнюю границу тепла, которое может выделяться при радиоактивном распаде в ядре Земли. Если точность измерений удастся повысить, станет возможным использовать нейтрино для детального изучения внутреннего строения Земли.

Японский нейтринный детектор KamLAND представляет собой резервуар диаметром 13 м, в котором содержится около 1 тыс. тонн жидкого сцинтиллятора. Регистрация антинейтрино, при взаимодействии которых с протонами образуются нейтрон и позитрон, осуществляется с помощью фотоумножителей. При этом количество света, регистрируемого детектором, зависит от энергии позитрона и, следовательно, от энергии нейтрино. Это дает возможность ученым с помощью детектора KamLAND выделять нейтрино, образующиеся при распаде урана и тория, и «фоновые» нейтрино.

В настоящее время детектор KamLAND регистрирует примерно по одному «геонейтрино» в месяц. С помощью полученной информации ученым уже удалось впервые в истории провести непосредственные измерения тепла, выделяемого при радиоактивном распаде тория и урана в ядре Земли. «Тепло, выделяемое при распаде урана и тория, является источником конвекции вещества в мантии Земли, — заявил участник эксперимента KamLAND Николай Толич (Nikolai Tolich), — а тем самым — тектоники плит и землетрясений. Полученный результат, а также дальнейшие измерения с использованием того же метода, позволят обеспечить модели конвекции Земли корректными исходными значениями».

Ранее измерения температурного градиента позволили геологам оценить мощность источника тепла, генерируемого внутри Земли, в 33–44 ТВт. Часть этого тепла — около 19 ТВт, — как полагали ученые, выделяется при радиоактивном распаде. Однако до сей поры провести прямые измерения тепловыделения Земли не представлялось возможным.

«Нам впервые удалось провести непосредственные измерения радиоактивности Земли целиком», — заявил Джон Лернед (John Learned), руководитель группы KamLAND в университете штата Гавайи в г. Маноа.

Как сообщает PhysicsWeb, результаты обработки данных, полученных детектором KamLAND, показали, что на 1 квадратный сантиметр в секунду на поверхности Земли приходится около 16,2 млн. нейтрино, «рожденных» в ядре Земли. Тепловая мощность радиоактивного распада урана и тория в ядре Земли может, согласно оценкам ученых, достигать 60 ТВт (наиболее вероятное значение — 24 ТВт).

#gallery#
«Теперь в наших руках имеется средство диагностики внутреннего строения Земли, — заявил официальный представитель KamLAND Ацуто Сузуки (Atsuto Suzuki). — Впервые мы можем сказать, что нейтрино имеют практический интерес и для других областей науки». В частности, нейтрино могут позволить ученым изучить содержание радиоактивных изотопов в коре и мантии Земли — однако для этого потребуется новое поколение нейтринных детекторов, позволяющих определять, откуда именно приходят нейтрино. «Мы движемся в направлении нейтринной томографии Земли целиком, — заявил д-р Лернед. — Пока что сделан лишь первый шаг».