Український антарктичний журнал

№ 4-5 (2006): Український антарктичний журнал
Articles

Спектр геоантинейтріно, співвідношення 3He/4He всередині Землі та повільне ядерне горіння на межі рідкої та твердої фаз земного ядра

PDF (English)
  • В. Д. Русов,
  • В. М. Павлович,
  • В. М. Ващенко,
  • В. Тарасов,
  • Т. Зеленцова,
  • В. Большаков,
  • Д. Литвинов,
  • С. І. Косенко,
  • О. Бєгунова
В. Д. Русов
Одеський національний політехнічний університет, Одеса, Університет Білефельду, Білефельд
В. М. Павлович
Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ
В. М. Ващенко
Національний антарктичний центр України, Київ, Київський університет імені Тараса Шевченка, Київ
В. Тарасов
Одеський національний політехнічний університет, Одеса
Т. Зеленцова
Одеський національний політехнічний університет, Одеса, Університет Білефельду, Білефельд
В. Большаков
Одеський національний політехнічний університет, Одеса
Д. Литвинов
Одеський національний політехнічний університет, Одеса
С. І. Косенко
Одеський національний політехнічний університет, Одеса
О. Бєгунова
Університет Білефельду, Білефельд
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.4-5.2006.539
Опубліковано December 15, 2006
Як цитувати
Русов, В. Д., Павлович, В. М., Ващенко, В. М., Тарасов, В., Зеленцова, Т., Большаков, В., Литвинов, Д., Косенко, С. І., & Бєгунова, О. (2006). Спектр геоантинейтріно, співвідношення 3He/4He всередині Землі та повільне ядерне горіння на межі рідкої та твердої фаз земного ядра. Український антарктичний журнал, (4-5), 182-202. https://doi.org/10.33275/1727-7485.4-5.2006.539

Анотація

Опис проблеми спектра геоантинейтріно та експериментального спектра антинейтрінного реактора в досліді KamLAND, що відбувається за енергії антинейтріно ~ 2.8 MeV, а також експериментальні результати взаємодії уран діоксиду та карбіду із залізом-нікелем та кремнієм-алюмінієм розплавами за високого тиску (5-10 GPа)  та температури (1600-22000 C) спонукали нас розглянути можливі наслідки припущення В. Анісічкіна та ін., що існує актінідна оболонка на межі рідкої та твердої фаз ядра Землі. Ми показали, що активація природного ядерного реактора, що оперує як поодинокі хвилі ядерного горіння у середовищі 238U та/або 232Th (зокрема, нейтронно-поділова хвиля Феоктістова та/чи Теллера-Ішикави-Вуда) може бути таким фізичним наслідком. Розроблена спрощена модель кінетики накопичення та згорання в U-Pu паливному циклі Феоктистова. Представлені результати чисельної симуляції нейтронно-поділової хвилі у двофазному середовищі UO2/Fe на поверхні твердого ядра Землі. Запропонована геореакторна модель походження 3He та розподіл співвідношення 3He/4He всередині Землі. Показано, що розподіл співвідношення 3He/4He може бути природним кількісним критерієм термальної потужності геореактора. На основі  геохімічної моделі O'Nions-Evensen-Hamilton, що описує диференціацію мантії та ріст кори, що постачається актінідієвою оболонкою на межі рідкої та твердої фаз ядра Землі як ядерного джерела енергії (геореактора потужністю 30 TW), подана попередня оцінка інтенсивності геоантинейтріно та спектр геоантинейтріно на поверхні Землі.

PDF (English)

Посилання

  1. Abagyan, L.P., Bazazyants, N.O., Bondarenko, I.I., & Nikolaev, M.N. (1964). Group Constants for Nuclear Reactor Calculations. Consultants Bureau, New York.
  2. Achmed, S.N., et. al. (2004). Measurement of the total active 8B solar neutrino flux at the Sudbury neutrino observatory with enhanced neutral current sensitivity, Phys. Rev. Lett., 92, 1813011–1813016.
  3. Adushkin, V.V., An, V.A., Ovtchinnikov, V.M., et al. (1997). On the density jump at the inner boundary of the Earth’s core from observations of PKiKP waives at distances of about 6o. Dokl. Russ. Acad. Sci./Earth Sci., 334, 595–598.
  4. Adushkin, V.V., & Ovtchinnikov, V.M. (2004). The mosaic in reflections from the Earth’s solid core boundary. Dokl. Russ. Acad. Sci./Earth Sci., A 397(6), 883–885.
  5. Aleksankin, V.G., et al. (1989). Beta-and Antineutrino Nuclear Radiations, 312 pp., Energoatomizdat, Moscow.
  6. Anderson, D.L. (1989). Theory of the Earth. Blackwell Scientific Publications, Boston.
  7. Anderson, D.L. (1998). The helium paradoxes, Proc. Nat. Acad. Sci., 95, 4822–4827.
  8. Anderson, D.L. (2000). The statistics and distribution of helium in the mantle, Int. Geology Rev., 42, 289–311.
  9. Anderson, D.L. (2005). Energetics of the Earth and the missing heat mystery, is available at www.mantleplumes.org/Energetics.html.
  10. Anisichkin, V.F. (1997). Do the planets explode? Burning and Explosion Phys. (Russia). 33, 138–144.
  11. Anisichkin, V.F., Bezborodov, A.A., & Suslov, I.P. (2005). Chain fission reactions of nuclides in the Earth’s core during billions years, Atomic Energy (Russia). 98(5), 370–379.
  12. Anisichkin, V.F., Ershov, A.P., Bezborodov, A.A., et al. (2003). The possible modes of chain nuclear reactions in the Earth’s core, paper presented at Int. Conf. “VII Zababakhin's Sientific Lectures”, Snezhinsk, Russia, 8–12 September. http://www.vniitf.ru/rig/konfer/7zst/7zst.html.
  13. Araki, T., et al. (2005a). Measurement of neutrino oscillation with KamLAND: Evidence of spectral distortion, Phys. Rev. Lett. 94, 0818011–0818015.
  14. Araki, T. et al. (2005b). Experimental investigation of geologically produced antineutrinos with KamLAND, Nature, 436, 499–503.
  15. Avignone, F.T., & Greenwood, Z.D. (1980). Calculated spectra of antineutrinos from the fission products of 235U, 238U and 239Pu and antineutrino-induced reactions. Phys. Rev. C22, 594–605.
  16. Barger, V., Marfatia, D. & Whisnant, K. Progress in the physics of massive neutrinos, hep-ph/0308123.
  17. Bullen, K.E. (1978). The Earth’s density. Moscow, Mir.
  18. Driscoll, R.B. (1988). Nuclear disruption of a planet with convective outer core, Bull. Amer. Phys. Soc., Series II, 33, 1031–1037.
  19. Eguchi, K., Enomoto S., Furuno, K., et al. (2002). First results from KamLAND: Evidence for reactor anti-neutrino disappearance, hep-ex/0212021.
  20. Eguchi, K., Enomoto, S., Furuno, K., et al. (2003). First results from KamLAND: Evidence for reactor anti-neutrino disappearance. Phys. Rev. Lett., 90, 041801–041805.
  21. England, T.R., & Rider, B.F. (1993). Evaluation and Compilation of Fission Product Yields. LA-UR-94-3106, ENDF-349.
  22. Ershov, A.P., & Anisichkin, V.F. (2003). About neutron-fissioning wave, Burning and Explosion Phys. (Russia). 39, 121–127.
  23. Fayans, S.A. (1985). Radioactive corrections and recoil effects in the reaction at low energies. Nucl. Phys. (USSR), 42, 929–940.
  24. Feoktistov, L.P. (1989). Neutron-fissioning wave. Reports of Acad. Sci. of USSR, 309, 864–867.
  25. Fiorentini, G., Lissia, M., Mantovani, F., & Vannucci, R. (2004). Geo-neutrinos: a short review, hep-ph/0409152.
  26. Fiorentini, G., Lissia, M., Mantovani, F., & Vannucci, R. (2005). How much uranium is in the Earth? Predictions for geo-neutrinos at KamLAND, hep-ph/0501111, v. 1.
  27. Fogli, G.L., Lisi, E., Marrone, A., et al. (2002). Solar neutrino oscillation parameters after first KamLAND results, hep-ph/0212127.
  28. Herndon, J.M. (1993). Feasibility of a nuclear fission reactor at the center of the Earth as the energy source for the geomagnetic field, Geomagnetism and Geoelectricity. 45, 423–437.
  29. Herndon, J.M. (2003). Nuclear georeactor origin of oceanic basalt 3H/4He, evidence, and implications. Proc. of Nat. Acad. Sci., 100, 3047–3050.
  30. Hofmeister, A.M., Criss, R.E. (2005). Earth’s heat flux revised and linked to chemistry. Tectonophysics, 395, 159−177.
  31. Hollenbach, D.F., & Herndon, J.M. (2001). Deep-Earth reactor: nuclear fission, helium, and the geomagnetic field. Proc. of Nat. Acad. Sci., 98, 11085–11090.
  32. Julian, B.R., Davies, D., & Sheppard, R.M. (1972). PKJKP, Nature, 235, 317–318.
  33. KamLAND collaboration. (2005). Data release accompanying the 2nd KamLAND reactor result. http:/www.Awa.tohoku.ac.jp/KamLAND/datarelease/2ndresult.html.
  34. Kellogg, L.H., & Wassenburg, G.J. (1990). The role of plumes in mantle helium fluxes, Earth planet. Sci. Lett., 99, 276−289.
  35. Klapdor, H.V., & Metzinger, J. (1982). Antineutrino spectrum from the fission products of 239Pu, Phys. Rev. Lett., 48, 127-131.
  36. Kopeikin, V., Mikaelyan, L., & Sinev, V. (2003). Components of antineutrino emission in nuclear reactor, hep-ph/0308186.
  37. Kracnoshchekov, D.N., Kaazik, P.V., & Ovtchinnikov, V.M. (2005). Seismological evidence for mosaic structure of the surface on the Earth’s inner core. Nature, 435, 483–487.
  38. Kuroda, P.K. (1956). On the nuclear physical stability of the uranium minerals, J. Chem. Phys., 4, 781–782.
  39. Kuznetsov, V.V. (1997). Anisotropy of the Earth’s inner core properties, Usp. Fiz. Nauk (Russia), 167, 1001–1012.
  40. Lobkovsky, L.I., Nikishin, A.M., Khain, V.E. (2004). Current Problems of geotectonics and geodynamics. Scientific World, Moscow.
  41. Morgan, W.J. (1971). Convection plumes in the lower mantle, Nature, 230, 42−43.
  42. O’Nions, R.K., Evensen, N.M., & Hamilton, P.J. (1979). Geochemical modeling of mantle differentiation and crustal grouth. J. Geophys. Res., 84 (B11), 6091–6098.
  43. Particle Data Group. Phys. Rev. (2002). D66, 010001–406.
  44. Pollack, H.N., Hurter, S.J., Johnson, J.R. (1993). Heat flow from the Earth’s interior: analysis of the global data set. Rev. Geophys., 31(3), 267–280.
  45. Rusov, V.D., Pavlovich, V.N., Vaschenko, V.N., et al. (2003). Antineutrino spectrum of theEarth and the problem of oscillating geoantineutrino deficit, hep-ph/0312296.
  46. Rusov, V.D., Pavlovich, V.N., Vaschenko, V.N., et al. (2004a). Geoantineutrino Spectrum and Slow Nuclear Burning on the Boundary of the Liquid and Solid Phases of the Earth's core, hep-ph/0402039.
  47. Rusov, V.D., Zelentsova, T.N., Tarasov, V.A., & Litvinov, D.А. (2004b). The inverse problem of distance neutrino diagnostic of inside-reactor processes. J. of Appl. Phys., 96, 1734–1739.
  48. Ryma, J.C., & Hermann, O.W. (1977). ORIGEN-S data libraries/NUREG/CR-0200 Rev. 6 Vol. 3 Sec.M6, ORNL/NUREG/CSD-2/V3/R6, USA –2000.
  49. Samarskiy, A.A. (1977). Difference scheme theory. Moscow, Nauka.
  50. Samarskiy, A.A., & Nikolaev, E.C. (1978). Net equation-solving procedure. Moscow, Nauka.
  51. Samarskiy, A.A., & Gulin, A.V. (2003). Numerical methods of mathematical physics. Moscow, Nauchniy mir.
  52. Smelov, V.V. (1978). Lectures of neutron transport theory. Moscow, Atomizdat.
  53. Stuart, F.M., Lass-Evans, S., Fitton, J.G., & Ellam R.M. (2003). 3He/4He in picritic basalts from Baffin Island: the role of a mixed reservoir in mantle plumes. Nature, 424, 57–59.
  54. Su, W.J., & Dziwonski, A.M. (1995). Inner core anisotropy in three dimensions. J. Geophys. Res., 100(B6), 9831–9852.
  55. Su, W.J., Woodward, R.L., & Dziwonski, A.M. (1994). Degree 12 model of shear velocity heterogeneity in the mantle. J. Geophys. Res., 99(B4), 6945–6980.
  56. Teller, E., Ishikawa, M., Wood, L., et al. (1996). Completely automated nuclear reactor for long-term operation II. In Proc. Int. Conf. on Emerging Nuclear Energy System (ICENEC’96). Obninsk, Russian Federation, 123–127; also available from Lawrence Livermore National Laboratory, California, publication UCRL-JC-122708-RT2.
  57. Tromp, J. (1995). Normal-mode splitting observations from the great 1994 Bolivia and Kuril Islands earthquakes: constraints on the structure of the mantle and inner core. GSA Today, 5, 137–141.
  58. Tuli, J.K. (2001). Evaluated Nuclear Structure Data File. A manual for preparation of Data Sets/BNL-NCS-51655-01/02-Rev–2001.
  59. Van den Berg, A.P., Yuen, D. (2002). Delayed cooling of the Earth’s mantle due to variable thermal conductivity and the formation of a low conductivity zone. Earth Planet. Sci. Lett., 199, 403–413.
  60. Van den Berg, A.P., Yuen, D., & Steinbach, V. (2002b). The effects of variable thermal conductivity on mantle heat-transfer, Geophys. Res. Lett., 28(5), 875–878.
  61. Vogel, P. (1984). Analysis of the antineutrino capture on protons. Phys. Rev., D29, 1918–1930.
  62. Vogel, P., & Beacom, J. (1999). The angular distribution of the reaction +p →e++n, Phys. Rev. D60, 053003–053013.
  63. Vogel, P., Schenter, G.K., Mann, F.M. et al. (1981). Reactor antineutrino and their application to antineutrino-induced reactions II, Phys. Rev., C24, 1543–1553.
  64. Vorob'ev, A.A. et al. (1974). Triple fission of plutonium-239. Nucl. Phys. (USSR), 20, 461–468.