Ligi 50% Maast eralduvast soojusest pärineb radioaktiivsete elementide, näiteks uraani ja tooriumi, lagunemisest. Sellisele järeldusele jõudis rahvusvaheline Jaapanis asuva KamLAND (loe siit) detektori tulemusi analüüsinud füüsikute meeskond.
Maa-sisestest lagunemisprotsessidest pärit antineutriinode voogu mõõtva seadme andmed on varasemate radioaktiivse soojuskiirguse teooriatega heas kooskõlas. Töö tulemused võimaldavad edasi arendada Maas tekkiva soojuse mudelprotsesse.
Geofüüsika teooriate kohaselt levib soojus Maa sisemusest ilmaruumi jõudlusega 44 TW (teravatt, 1012 W, ehk džauli sekundis). Tänini ei ole selge Maa tekkeajast pärineva ja radioaktiivsetest laguprotsessidest tuleneva soojuse suhe.
Populaarseim radioaktiivse geo-soojuskiirguse teooria põhineb tahke-räni Maa (bulk silicate Earth, BSE) mudelil, mille kohaselt leidub Maal radioaktiivseid elemente põhiliselt litosfääris ja vahevöös, mitte aga tuumas. BSE mudel võimaldab kivimite ja meteoriitide põhjal uurida Maa sisemuses leiduva radioaktiivse materjali jaotust.
Mudelist tehtavate järelduste najal arvavad teadlased, et ligikaudu 20 TW eralduvast soojusest pärineb radioaktiivsetest allikatest, millest 8 TW tekib uraanium-238 lagunemisahelast, 8 TW toorium-232 lagunemisahelast ja 4 TW kaalium-40 lagunemisest. Teadlaste õnneks tekib nimetatud lagunemiste käigus antielektron-neutriinosid, mis suudavad hõlpsasti Maa läbida ja on seejuures tuvastatavad.
Lagunemise mõõtmine
2005. aastal teatasid KamLAND-i teadlased, et on registreerinud 22 „geoneutriinot“ (geoneutrino). Nüüdseks on jäädvustatud 111 haruldast osakest. Uuemate ja vanemate andmete kokkuvõtvas analüüsis on jõutud järeldusele, et soojusvoo päritolu on tõepoolest 20 TW ulatuses radioaktiivset päritolu. Veaks hinnatakse ligikaudu 8 TW. KamLAND ei suuda tuvastada kaalium-40 isotoobi madalamate energiatega antineutriinosid, aga teadlaste arvates peab mudeli abil leitud 4 TW suurus paika.
KamLAND-i andmetest järelduv 20 TW on rohkem kui BSE mudeli ennustatud 16 TW, ent mahub vea piiresse ja on väiksem kui 44 TW koguvoog. „Võime kindlad olla, et maa soojuskiirgus ei saa pärineda ainuüksi radioaktiivsest lagunemisest. Ülejäänud kiirguse päritolu on senini ebaselge,“ kirjeldab Kalifornia Lawrence Berkeley Labori töötaja Stuart Freeman.
Ühe minevikus mõlgutatud teooria kohaselt on Maa sisemuses looduslik tuumareaktor, millest eraldub soojust raskete tuumade lõhustumisprotsessist. KamLAND-i andmed seda teooriat ei välista, ent seab tuumareaktsioonist tuleneva energia ülempiiri 5 TW-le.
Õlitäidisega pall
KamLAND detektor on suuremõõtmeline ligi 1000 tonni mineraalõliga täidetud kerajas kamber, mida ümbritseb enam kui 1800 fotokordistit. Vältimaks kosmilise kiirguse sattumist fotokordistitele asetseb seade sügaval maa sees ühes Jaapani kaevanduspiirkonnas.
Neutriino tabamine on väga harv nähtus, mille käigus osake reageerib mõne õlis leiduva prootoniga. Prootoni ja neutriino põrke tagajärjel tekib neutron ja positron. Positroni tabatud õli osake ergastub ja tekitab valgussähvatuse (stsintillatsioon). Seejärel positron neeldub mõnel elektronil – moodustub kaks gammafootonit. Tekkiv valgussähvatus on fotokordistitega tuvastatav. Valguse hulka analüüsides on võimalik anda hinnang algse neutriino energiale.
Neutriino reaktsioonist tekkinud neutron neeldub lühikese aja jooksul deuteeriumi (reaktsioonikambrit ümbritseb Chernenkovi detektor – tõlkija märkus) aatomiga, päädides gammakvantide eraldumisega, mis on samuti fotokordistitega tuvastatavad. Kahe reaktsiooni vaheline aeg võimaldab eristada stsintillatsiooni Maa-siseste ja foonkiirgusest pärinevate neutriinode vahel.
Allikas: PhysicsWorld
Leave a Reply