Что такое антинейтрино и его значение.

Нейтрино свободно перемещаются, достигая границ наблюдаемого космоса. Суперцивилизация с передовыми ядерными технологиями могла бы обнаружить нашу планету по ее нейтринному излучению на огромных расстояниях. Если бы ученые этой цивилизации заметили в общем фоне нейтринного излучения точечное излучение от реакторов, могли бы предположить, что его обитатели овладели атомной энергией.

Популяризаторы науки напоминают, что нейтрино с энергией около 1 МэВ свободно пройдут сквозь слой свинца толщиной в один световой год. Из-за этого облучение любыми дозами нейтрино абсолютно безвредно. Ядерный реактор гигаваттной мощности за одну секунду излучает 10^23 антинейтрино, которые не представляют опасности для кого-либо. Их замечают только специальные детекторы, отслеживающие режим работы реактора. Это необходимо как для оптимизации энергетического выхода, так и для предотвращения несанкционированного извлечения плутония из топливных стержней и его последующего использования в качестве ядерной взрывчатки. До недавнего времени никто не думал об ином применении технологий регистрации нейтринных потоков, кроме как для мониторинга работы реакторов. Но времена меняются.

Антинейтриновое светило

Уран – самый редкий химический элемент в Солнечной системе. В то же время на Земле его, к счастью или несчастью для человечества, достаточное количество.

Разные геологические модели оценивают количество урана-238 в коре и мантии неоднозначно, но разброс невелик — в среднем сто триллионов тонн. К этому добавляется вчетверо больше радиоактивного тория, а также другие долгоживущие нестабильные изотопы, прежде всего калий-40. Происходит бета-распад, при котором один нейтрон атомного ядра превращается в протон с испусканием электрона и электронного антинейтрино. Эти процессы рождают антинейтринное излучение, которое покидает Землю и уносится в космическое пространство. Один квадратный сантиметр земной поверхности ежесекундно выбрасывает в космос 6 миллионов электронных антинейтрино. В этом смысле нашу планету вполне можно назвать антинейтринной звездой.

Геонейтриновая телескопия

В настоящее время наука не может обнаруживать экзопланеты и внеземные цивилизации по нейтринному излучению (хотя поток нейтрино, сопровождавший взрыв сверхновой в 1987 году в Большом Магеллановом Облаке, был успешно зарегистрирован).

Детекторы неуловимых частиц уже становятся эффективным инструментом мониторинга земных недр. Геологи и геохимики видят за ними большое будущее, хотя сейчас исследования находятся в начальной стадии. Проводятся они на двух подземных установках — KamLAND в Японии и Borexino в Италии. Японский детектор впервые отловил антинейтрино из земных недр в 2005 году, итальянский — в 2010-м. Обе установки были построены прежде всего ради нужд фундаментальной физики, но могут поработать и для наук о Земле. К ним весной подключится новейший детектор антинейтрино SNO+, установленный на двухкилометровой глубине в нейтринной обсерватории Сэдбюри в канадской провинции Онтарио.

Зачем отслеживать геонейтрино? С их помощью можно определить количество и состав долгоживущих радионуклидов в земной коре, под ней, возможно, даже в ядре. Собранные данные (с вероятностью 97%) опровергли теорию о том, что Земля нагревается изнутри только за счет радиоактивных распадов, а все внутреннее тепло, накопленное при ее формировании из допланетного вещества, давно рассеялось в космосе.

Реакторы природные и рукотворные

Профессор геологии университета штата Мэриленд Уильям Мак-Доно сообщил газете «ПМ» об альтернативных применениях нейтринных детекторов.

Например, поможет окончательно разобраться с гипотезой о существовании в недрах Земли природных ядерных реакторов. Пока она ничем не подтверждена и, возможно, ошибочна, но имеет своих сторонников. Если такие реакторы и в самом деле существуют, должны давать специфические нейтринные подписи, которые можно будет зарегистрировать.

Современные геонейтринные детекторы – это стационарные установки массивной конструкции. В будущем ожидается появление портативных детекторов для размещения на морском дне. С их помощью можно будет формировать карты зоны земной коры и мантии с повышенным содержанием урана и тория, применяя нейтринную томографию глубин Земли. Геологи уже говорят о будущих нейтринных телескопах, просматривающих глубины нашей планеты. Им понадобятся новые детекторы, способные с высокой точностью определять направление потоков нейтрино. Это задача сложная, но применительно реализуемая.

То же оборудование пригодится для мониторинга распространения ядерного оружия и технологий двойного назначения. Однако это произойдет не в ближайшее время – нужно предварительно изучить природный нейтринный фон Земли.