[論文レビュー] Detecting a Nuclear Fission Reactor at the Center of the Earth

R. S. Raghavan|ArXiv.org|Aug 23, 2002

Nuclear Physics and Applications被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、地球の中心に3–10テラワットの出力を持つ自然な核分裂反応炉が、惑星の磁場を生成している可能性を提唱している。この地核反応炉を検出するため、反ニュートリノのスぺクトルと源の方向を測定する大規模な液体シンチレーション検出器の利用を提案しているが、表面の原子力発電所からのバックグラウンドが解像度を制限する可能性がある。今後の米国を拠点とする検出器が、より明確な証拠を提供する可能性がある。

ABSTRACT

A natural nuclear fission reactor with a power output of 3- 10 terawatt at the center of the earth has been proposed as the energy source of the earth's magnetic field. The proposal can be directly tested by a massive liquid scintillation detector that can detect the signature spectrum of antineutrinos from the geo-reactor as well as the direction of the antineutrino source. Such detectors are now in operation or under construction in Japan/Europe. However, the clarity of both types of measurements may be limited by background from antineutrinos from surface power reactors. Future U. S. detectors, relatively more remote from power reactors, may be more suitable for achieving unambiguous spectral and directional evidence for a 3TW geo-reactor.

研究の動機と目的

• 地球の中心に自然な核分裂反応炉が存在し、それが惑星の磁場を駆動しているという仮説を検証すること。
• 地核反応炉からの反ニュートリノ信号をバックグラウンド放射線から区別する課題に対処すること。
• 方向性とスペクトルの反ニュートリノ測定を用いた、明確な検出の可能性を評価すること。
• 米国など、表面の原子力発電所からの干渉が少ない最適な検出器設置地点を特定すること。

提案手法

• 大規模な液体シンチレーション検出器を用いて、仮説上の地核反応炉から放出される反ニュートリノを捕らえることを提案する。
• 核分裂反応から発生する反ニュートリノの特徴的なエネルギースペクトルを検出することで、反応炉の特徴を同定する。
• 方向性の感度を活用して、信号源の位置を特定し、地球の中心からのものであることを確認する。
• 日本やヨーロッパのような反応炉密度の高い地域と、米国のような低密度地域における検出器の性能を比較し、バックグラウンド干渉を低減する。
• 表面の原子力発電所からのバックグラウンド寄与が、信号の解像度を制限する主要因であると分析する。
• 日本およびヨーロッパの既存および建設中の検出器を、初期テストのための実用的プラットフォームとして評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地球の中心に位置する自然な核分裂反応炉からの反ニュートリノスペクトルは、バックグラウンド放射線から区別可能か？
• RQ2 反ニュートリノの方向性検出によって、反応炉が地球の中心に位置していることが確認可能か？
• RQ3 表面の原子力発電所からの反ニュートリノが、地核反応炉の検出にどの程度干渉するか？
• RQ4 米国に設置された検出器は、日本やヨーロッパのものよりも、バックグラウンドが少ないため、明確な検出に適していると言えるか？
• RQ5 地核反応炉の同定に成功するためには、どのような検出器特性（スペクトルおよび方向分解能）が必要か？

主な発見

• 地球の中心に3–10テラワットの出力を持つ自然な核分裂反応炉が、惑星の磁場の生成源として現実的に成立する可能性がある。
• 液体シンチレーション検出器は、反ニュートリノのエネルギースペクトルと方向を両方測定可能であり、中心部に位置する地核反応炉の同定に有効である。
• 表面の原子力発電所からのバックグラウンドが、特に反応炉密度の高い地域では、明確な検出を困難にする主要因である。
• 米国に設置された検出器は、主要な反応炉集積地から地理的に離れているため、信号の解像度が優れている可能性がある。
• 日本およびヨーロッパの既存および建設中の検出器は初期テストに実用的だが、バックグラウンドの制限が測定の解像度を低下させる可能性がある。
• 将来的な米国を拠点とする検出器を用いれば、3TWの地核反応炉について、スペクトル的および方向的両面から明確な証拠を取得できる可能性がある。