Курсовая работа: Вклад неоднородного строения литосферы в ожидаемый поток геонейтрино в области детектора JinPing (Сычуань, Китай)

Аннотация

Выпускная квалификационная работа посвящена решению прямой задачи метода геонейтрино на примере строящегося детектора JinPing (Китай). Даны теоретические основы метода геонейтрино, указаны цели его применения, плюсы и минусы, проведен анализ существующих моделей для расчета геонейтринного сигнала. Автор применяет методику расчета, отличную от опубликованных в литературе, основанную на представлении геологических тел в виде сфероидов для расчета геонейтринного потока. В результате рассчитан предполагаемый геонейтринный поток для модели геологического строения, радиусом 200 км, для различных моделей локальной коры и верхней мантии. Проведен анализ результатов и выбрана оптимальная модель локальной коры, значение геонейтринного потока для которой оценивается как 24,34 ±5,41 TNU. Проанализированы перспективы применения метода.

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор метода геонейтрино
1.1. Распространенность теплопродуцирующих элементов.
1.2. Земные антинейтрино
1.3. Методика детектирования геонейтрино
1.4. Моделирование геонейтринного сигнала.
1.5. Детекторы
Глава 2. Геологическое строение в районе детектора JinPing
2.1. Проектируемый детектор JinPing.
2.2. Геологическое строение локальной коры в районе проектируемого детектора JinPing.
2.3. Геологическое строение средней и нижней коры в районе проектируемого детектора JinPing.
2.4. Литосферная мантия под Тибетским плато и платформой Янцзы.
Глава 3. Создание моделей геологического строения для расчета геонейтринного сигнала.
3.1. Расчёт геонейтринного сигнала.
3.2. Моделирование строения локальной коры для расчета геонейтринного сигнала.
3.3. Моделирование строения мантии для расчета геонейтринного сигнала
Глава 4. Результаты
4.1. Обсуждение полученных результатов.
4.2. Сравнение геонейтринных потоков для детекторов JinPing и LENA
Глава 5. Проблемы применения метода геонейтрино
Заключение
Благодарности
Список литературы

Введение

На сегодняшний день вопросы строения Земли и механизма ее теплогенерации все еще открыты. Поверхностный тепловой поток планеты оценивается исследователями как 46±3 ТВт (Sramek, et al., 2013; Wan, etal., 2017). В зависимости от выбора геохимической модели валовой силикатной Земли (BSE) мы получаем различное соотношение между вкладом первичного тепла, сохранившегося в результате аккреции и гравитационной дифференциации планеты, и радиогенного тепла, выделяемого при распаде долгоживущих радиоактивных изотопов. Проблема заключается в наличии нескольких геохимических моделей планеты, возникших в результате анализа химического состава разных типов метеоритного вещества и мантийных ксенолитов.
Пока нет единой модели для состава Земли мы все еще не в состоянии полностью объяснить механизмы таких процессов, как тектоника плит, термальная эволюция, и определить источник, питающий геомагнитное поле, которое необходимо для защиты жизни от космической радиации (Leyton et al., 2017). Всё еще открыты вопросы, касающиеся источника энергии для мантийной конвекции. Возможно, нам удастся приблизиться к разгадке происхождения Земли и получить наиболее детальную модель ее «рабочего механизма» с помощью совсем молодой и развивающейся области знаний – нейтринной геофизики.
Нейтринная геофизика заключает в себе масштабные достижения в области физики элементарных частиц, давшие старт геонейтринным экспериментам, которые стали настоящим прорывом в глубинном исследовании Земли. Геонейтрино – это электронные антинейтрино, образовавшиеся в результате инверсионного бета-распада радиоактивных элементов, самыми распространенными из которых являются U, Th и K. Данные радиогенные элементы, которые мы впоследствии будем называть теплопродуцирующими (ТПЭ), неравномерно рассеяны в оболочках Земли. Ожидается, что нейтрино, рожденные в результате распада урана