Geoneutrinos может показать, сколько топлива осталось в резервуаре

Наша планета получает большую часть своей энергии от Солнца, но некоторые из наиболее важных природных явлений Земли, такие как тектоника плит и магнитное поле, зависят от топлива, накопленного глубоко в недрах Земли. И хотя геологи уже давно подсчитали, сколько из этого топлива осталось, чтобы поддерживать нашу планету, реальность такова, что на самом деле мы не имеем ни малейшего представления о том, сколько у нас осталось. Но теперь, благодаря серьезному эксперименту с антинейтрино, мы можем получить ответ в течение десятилетия.

Когда мы говорим о топливе планеты, мы не имеем дело с ископаемым топливом или другими материалами, которые люди добывают и сжигают для получения энергии. Вместо этого мы имеем дело с чем-то гораздо более фундаментальным, смесью первичной энергии от формирования Земли и ядерной энергии, генерируемой распадом радиоактивных элементов. Знание того, сколько осталось Земли, прояснит основные вопросы о том, как работает наша планета.

«У нас может быть простая перспектива - нам нужно знать, работаем ли мы« на пустом »или у нас достаточно топлива для привода двигателя Земли», - говорит Уильям МакДоноу, геолог из Университета Мэриленда и часть исследователей, стремящихся измерить запас топлива Земли, рассказал обратный, «Около 150 лет назад люди спрашивали, как долго будет светить солнце. Это привело к возникновению вопросов о деталях процесса сияния (то есть ядерного сгорания в ядре Солнца). Это также привело к аналогичным фундаментальным курьезам о Земле ».

Фактический метод, используемый здесь, является привередливым до крайности. План состоит в том, чтобы измерить частицы, называемые geoneutrinos, особый вид антинейтрино, испускаемый в результате распада таких радиоактивных элементов, как уран и торий. Когда эти геонейтрино сталкиваются с атомом водорода в детекторе, контрольная подпись позволяет исследователям обобщать все события и оценивать скорость радиоактивного распада внутри Земли, что, в свою очередь, позволяет им оценить запасы топлива на Земле.

«Ноль обнаруженных событий в год был моей жизнью до 2005 года».

Это все хорошо, но субатомные частицы, такие крошечные и слабо взаимодействующие, как геонейтрино, не легко обнаружить. Вам нужен детектор размером с маленькое здание, скрытое под милей под землей, чтобы оградить его от космических нейтрино, которые могут испортить измерения. Даже тогда мы в среднем получаем около 16 наблюдений в год с помощью современных детекторов. Опять же, привередливы до крайности, и даже 16 в год - это улучшение того, что было раньше.

«Ноль обнаруженных событий в год был моей жизнью до 2005 года», - сказал Макдоноу. Но это число резко возрастет, так как ожидается, что три новых массивных детектора в Китае и Канаде увеличат количество ежегодных обнаружений до 500. Данные за несколько лет означают потенциально тысячи точек данных, более чем достаточно, чтобы исследователи почувствовали уверенность в скорости распада тория и урана. «Эти эксперименты продолжаются в течение десятилетия или десятилетий, и поэтому мы увеличиваем количество наших наблюдений на 1000+ каждые два года! Вот что имеет значение.

Это та вещь, которую, однажды обнаружив, мы найдем удивительным, что мы никогда не знали об этом с самого начала

Здесь предстоит сделать много хороших фундаментальных наук, так как Макдоноу и его коллеги-исследователи надеются, что смогут изучить большие вопросы о миллиардной истории Земли, о том, как быстро она сгорает в своем топливе и сколько осталось. Ответы, которые исследователи надеются найти, также могут иметь более непосредственные преимущества.

«Мы можем делать превосходные прогнозы об экономических ресурсах и о том, где находятся элементы на Земле», - сказал Макдоно. обратный, «Сколько урана у нас на Земле для топлива атомных электростанций? Сколько ниобия, лития и / или лантана находится на Земле? Это все элементы, от которых мы обычно зависим в эти дни. Мы используем элементы для производства энергии, для питания наших ноутбуков, для работы наших чипов GPS, для производства аккумуляторов для наших гибридных автомобилей ».

Этот последний пример на самом деле дает хорошую аналогию тому, чего надеются достичь Макдоно и его коллеги-исследователи. Хотя обнаружение геонейтрино - не простая работа, это очень необходимо, если мы хотим выяснить, сколько Земли осталось в ее пресловутом аквариуме. Это что-то базовое в том, как работает наша планета, то, что, однажды обнаружив, мы обнаружим удивление, что вообще не знали об этом.

«Это как водитель автомобиля», - сказал Макдоно. «Он / она знает две важные вещи о ее / его машине - сколько топлива осталось и как быстро он / она израсходовал их топливо. Это простой запрос, который у нас есть о том, что находится внутри танка Земли корабля-носителя и как быстро мы его используем ».