Estimering af uran- og thoriumoverflod med geoneutrinoer

En planets indre varme kommer fra to hovedkilder:overskydende energi opsamlet fra kollisioner mellem planetesimaler under planetens tilvækst og det efterfølgende henfald af radioaktive elementer indlejret i dette materiale.

Uran (U), thorium (Th) og kalium har bidraget væsentligt til Jordens interne energibudget, og størrelsen af ​​dette bidrag er en vigtig begrænsning for det indres udvikling. Men fordi de er placeret dybt inde i Jorden, har overfloden af ​​disse elementer hidtil været svære at vurdere.

I deres undersøgelse offentliggjort i Geophysical Research Letters Abe et al. præsentere nye, væsentligt strammere begrænsninger på mængden af ​​uran og thorium målt ved hjælp af et unikt observationsvindue:påvisning af terrestriske elektron-antineutrinoer. Disse antineutrinoer udsendes under beta-henfaldet af 238U og 232Th og passerer derefter ubehæftet gennem Jorden. En lille del af disse partikler kan derefter måles ved et eksperiment kaldet Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector (KamLAND).

KamLAND med base i Hida, Gifu, Japan, ligger 1.000 meter under jorden i en forladt mineskakt. Den bruger en stor beholder væske til at fremkalde beta-henfaldsreaktionen, hvor en indkommende antineutrino rammer en atomkerne og omdanner en proton til en neutron og en positron. Disse partikler kan derefter observeres af detektoren.

KamLAND var oprindeligt beregnet til at observere antineutrinoer udsendt af Japans kommercielle atomreaktorer. Efter atomulykken i Fukushima i 2011 blev disse reaktorer alle lukket ned. Det pludselige fravær af kunstigt fremstillede antineutrinoer øgede dramatisk KamLANDs følsomhed over for dem af naturlig oprindelse. I alt præsenterer forfatterne 18 års data, hvoraf næsten halvdelen er blevet registreret siden nedlukningen af ​​Japans reaktorer.

Forskerne sammenligner den observerede antineutrino-flux med dem, der er forudsagt af tre modeller for forekomsten af ​​uran og thorium i kappen. Disse modeller svarer til tre niveauer af varme tilføjet til interiøret:lav (10-15 terawatt), medium (17-22 terawatt) og høj (mere end 25 terawatt). De overvejer to variationer af hver model:en med radioisotoper fordelt ensartet gennem kappen og en med dem koncentreret ved kerne-kappe-grænsen.

Dataene udelukker begge varianter af højvarme-modellen med mere end 97 % konfidens. Fordi denne model blev konstrueret til at give den nødvendige varme til at understøtte kappekonvektion, tyder det på, at vores forståelse af denne konvektion kan kræve en vis modifikation. + Udforsk yderligere

Et skridt fremad i løsningen af ​​reaktor-neutrino flux-problemet

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Eos, der er vært for American Geophysical Union. Læs den originale historie her.