Geoscience Reference
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Tab. 6.8
Maximale Antineutrino-Energien E
max
und spezifische Wärmeproduktionsraten A
0
natürlicher Zerfallsprozesse (Meijer et al.
2006
;
Zerfallsreaktion
A
0
.
Wkg
1
/
E
max
(MeV)
238
U
!
206
Pb
8
4
He
C
C
6e
C
6
e
3,25
95
232
Th
!
208
Pb
6
4
He
4e
C
C
C
4
e
2,25
27
40
K
40
Ca
e
C
e
!
C
1,31
0,0036
schwierig umzusetzen wie es bestechend ist: Zunächst ist
da der weit größere Fluss kosmischer Neutrinos, welcher
die Erde durchströmt und von dem die Geoneutrinos unter-
schieden werden müssen. Allein der Neutrinofluss, welcher
die Erdoberfläche von der Sonne aus erreicht, wird auf etwa
60 10
9
s
1
cm
2
geschätzt. Demgegenüber ist der Geo-
neutrinofluss tausend Mal kleiner, beträgt aber immer noch
.6015/ 10
6
cm
2
s
1
. Trotz dieser immensen Flussdichte
erfordert ein Nachweis von Geoneutrinos außergewöhnliche
Sensoren: (1) Beim Gran-Sasso-Observatorium in Italien
besteht der Detektor aus einem Tank in einem unterirdi-
schen Labor, gefüllt mit 100 t flüssigem Galliumtrichlorid
(GaCl
3
), was 30 t reinem Gallium entspricht. Die Antineu-
trinos werden hierbei indirekt nachgewiesen vermittels der
Umwandlung eines Galliumkerns durch Neutrinoeinfang
in ein Germaniumisotop. Trotz des hohen Neutrinoflus-
ses durch den Tank findet eine solche Reaktion im Mittel
nur alle 35 Stunden statt. (2) Dagegen besteht der
Kamio-
ka Liquid Scintillator Antineutrino Detector
(KamLAND)
aus einem Nylonballon von 13 m Durchmesser, gefüllt
mit 1 kt einer szintillierenden Flüssigkeit, gemischt aus
Erdöl, Benzin und fluoreszierenden Chemikalien (Ara-
Kamioka-Observatorium aufgebaut, einem eigens für den
Geoneutrino-Nachweis errichteten unterirdischen Neutrino-
Observatorium nahe der Stadt Toyama in Japan in einem
horizontalen Grubengebäude der alten Kamiokande-Höhle
in den Japanischen Alpen. Der Detektor befindet sich in
einer Edelstahlkugel von 18 m Durchmesser, auf deren in-
nerer Oberfläche 1879 Fotoelektronen-Vervielfacherröhren
angebracht sind. KamLAND war der erste Detektor zum
Nachweis von Geoneutrinos und könnte in der Zukunft
wichtige geophysikalische Informationen liefern, da er die
für den Nachweis des beim Zerfall von
238
U und
232
Th
in der Erde freigesetzten Elektron-Antineutrinos erforderli-
che Empfindlichkeit besitzt. Die Geoneutrino-Messungen
des KamLAND-Experiments ergaben eine erste Schät-
zung der radiogenen Wärmeproduktionsrate der Erde.
Diese legen eine Zusammensetzung wie in der Silikat-Erde
nahe, wenn auch mit derzeit noch zu großen Fehlerbal-
SNOLAB eingerichtet, einer Erweiterung des
Sudbury
Neutrino Observatory
(SNO) für die Beobachtung solarer
Neutrinos. Dieses ist ein in zwei Kilometer Tiefe im Vale-
nicht radiogen: 27 TW (57 % )
Gesamt: 47(2) TW
radiogen: 20 TW (43 %)
Abb. 6.3
Thermische Leistung der radiogenen und nicht-radiogenen
Wärmequellen der Erde
einen Wert von Ur
D 0;33
an mit einer Schwankungsbreite
von
0;21
Ur
0;49
.
Im Gegensatz zur mittleren Wärmeproduktionsrate einer
Silikat-Erde kann die Verteilung der wärmeproduzierenden
instabilen Isotope in Kruste und Mantel nicht bestimmt wer-
den. Beim
“
-Zerfall von Kernen in den Zerfallsreihen der
Isotope
238
U,
232
Th und
40
K
w
erden außer Wärme zu-
sätzlich Elektron-Antineutrinos
e
emittiert. Somit steht die
radiogene Zerfallswärme in einem direkten Zusammenhang
mit dem in Tab.
6.8
aufgeführten Antineutrinofluss (Fioren-
Neutrinos sind Elementarteilchen die sich mit nahezu
Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, elektrisch neutral sind, ei-
ne sehr kleine, aber endliche Masse besitzen und normale
Materie nahezu ohne Wechselwirkung durchdringen. Daher
sind sie nur sehr schwer nachzuweisen. Da die Emission
von Geoneutrinos mit der radiogenen Wärmeproduktion
einhergeht, ermöglicht dies, zumindest theoretisch, eine
Geoneutrino-Tomografie der Verteilung der radiogenenWär-
meproduktion in der Erde. Leider ist dieses Konzept ebenso
