Metade do calor da Terra vem do decaimento radioativo

Com informações da PhysicsWorld - 26/07/2011

A metade da esquerda mostra a simulação da produção de geoneutrinos, e a metade da direita mostra a estrutura da Terra.
[Imagem: Kamland/Stanford]

Geoneutrinos

Cerca de 50% do calor liberado pela Terra é gerado pelo decaimento radioativo de elementos como o urânio e o tório.

Esta é a conclusão de uma equipe internacional de cientistas que usou o detector KamLand, no Japão, para medir o fluxo de antineutrino emanados do interior da Terra.

A cadeia de decaimento dos elementos radioativos libera também antineutrinos do elétron, que atravessam facilmente a Terra, podendo ser detectados próximo à superfície.

Em 2005, cientistas do KamLand anunciaram a detecção de 22 desses geoneutrinos. Ano passado, um grupo do experimento Borexino, na Itália, detectou 10 deles. Agora, a equipe do KamLand contou 111 dessas minúsculas partículas sem massa.

Calor da Terra

Os resultados combinados permitiram que o grupo calculasse que o fluxo de calor emanado do centro da Terra, fruto do decaimento radioativo, é de 20 TeraWatts (TW), com uma incerteza de 8 TW.

"Uma coisa que podemos dizer quase com certeza é que o decaimento radioativo sozinho não é suficiente para explicar todo o calor da Terra," explica Stuart Freedman, colaborador do KamLand. "Se o resto é calor primordial ou se vem de outra fonte é uma questão ainda sem resposta."

Os geofísicos calculam que o calor flui do interior da Terra para o espaço a uma taxa de 44 x 10¹² Watts (TW). Mas ainda não estava claro quanto desse calor é fruto do decaimento radioativo e quanto dele é um resquício do calor primordial, gerado na formação do planeta.

Os novos resultados indicam que 20 TW são gerados pelo decaimento radioativo - 8 TW da cadeia de decaimento do urânio-238; 8 TW do tório-232 e 4 TW do potássio-40.

O detector KamLand é uma gigantesca esfera contendo 1.000 toneladas de óleo mineral, localizado nas profundezas de uma mina subterrânea no Japão.
[Imagem: Kamland/Stanford]

Detector de antineutrinos

O detector KamLand (Kamioka Liquid Scintillator Antineutrino Detector) é uma gigantesca esfera contendo 1.000 toneladas de óleo mineral, localizado nas profundezas de uma mina subterrânea no Japão, para que a camada de rochas o proteja dos raios cósmicos.

O material do interior do balão é monitorado constantemente por 1.800 tubos fotomultiplicadores.

Quanto um antineutrino atinge um próton no óleo gera-se um nêutron e um pósitron (um anti-elétron). O pósitron move-se uma pequena distância dentro do óleo, ionizando suas moléculas, o que causa a liberação de um flash de luz.

O pósitron então se choca com um elétron, aniquilando ambos com a emissão de dois fótons de raios gama.

O papel dos tubos fotomultiplicadores é detectar essas emissões de luz. A energia do antineutrino pode ser calculada a partir da intensidade do brilho liberado no processo.

Alguns milissegundos depois, o nêutron gerado na chegada do antineutrino é capturado por um próton, formando um deutério, o que também causa a emissão de um raio gama, igualmente detectado pelos fotomultiplicadores.

Identificando os dois sinais coletados pelos fotomultiplicadores, os cientistas observam suas separações no tempo, para identificar o que foi originado pelos extremamente raros antineutrinos e o que é resultado da "radiação de fundo".

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