中微子地球诊疗仪

李晨翔

上海交通大学致远学院本科生

1　概要描述

1.1　中微子地球诊疗仪技术描述

通过探测地球内部放射性元素钍与铀衰变放出的反中微子来了解地球内部结构。基本原理是不同地层的铀与钍含量不同，我们探测他们衰变放出的反中微子得到的数据也会有差异，我们根据数据差异了解结构。中微子的穿透力极强，是少数可以穿透地球的粒子。

除地球中微子外，探测器还有可能探测到其他来源的中微子，区分必不可少。首先，大气中来的中微子能量高，地球中微子能量低。其次，太阳中微子能量虽低，但它是正中微子，而地球中微子是负中微子。所以筛选是可行的。

1.2　中微子地球诊疗仪技术具体操作

在地下，远离核反应堆处修建大型探测器。在几千米深的地下，山体可以阻挡宇宙射线的本底。使用装有吸收高能粒子或射线后能够发光的材料的液体闪烁体探测器。将众多探测器组成探测器集群，借此增加探测效率与精度（见图1）。通过使用大型计算机处理数据，转化为对地层的分析结果。

如何提升探测器的精度与探测效率是未来需要解决的重要课题。

1.3　中微子地球诊疗仪的颠覆性表现

（1）可以解决目前观测仪器的深度的限制问题。地球内部温度极高，压力极高，人与仪器不能深入地下，普通探测手段也无法探知更深层的结构。中微子的散射截面极小，可以穿破极厚物体。使用穿透力极强的中微子可以真正地探知地球的深处奥秘。

图1　液体闪烁体探测器集群^[1]

（2）可以提高观测的精度。现有的方法受到多种不确定性因素的影响，而中微子却极难与沿途物质发生作用，不易受外界影响。

2　应用前景

2.1　了解真正的地球内部结构

现在关于地球深层结构的理论比较粗糙，限于地球深处的高温高压，传统方法不能获知深处数据，不足以为理论提供强有力的实验支撑。用中微子地球诊疗仪可以让我们对地球有更深刻的了解。

2.2　帮助预测地震

通过中微子地球诊疗仪了解地质结构，判断地震的潜在发生地。预测地震在现在仍然是一项很难的事情，没有什么有效方法（见图2）。我们对地震高发区进行扫描便可以对其地质结构有细致了解，通过对地质的分析，预测地震将变得更加简单可行。

图2　预测地震^[2]

2.3　进一步解释板块运动理论

持续的探测板块边缘的情况，观察边缘的变化，我们便可以推知板块漂移的趋势，从而为板块运动理论提供事实依据。

【注释】

[1]http://week-hzrb.hangzhou.com.cn/system/2012/03/13/011815232.shtml.

[2]http://epaper.xiancn.com/xdbjb/html/2013-04/30/content_203138.htm.