Doktor i tekniske vitenskaper PÅ. Jeg sverger, professor,
akademiker Det russiske akademiet Teknologiske vitenskaper, Moskva

I siste tiår verden vurderer retningen for mer effektiv bruk av energien til den dype varmen på jorden for å delvis erstatte naturgass, olje, kull. Dette vil bli mulig ikke bare i områder med høye geotermiske parametere, men også i alle områder. Kloden ved boring av injeksjons- og produksjonsbrønner og skaper sirkulasjonssystemer mellom disse.

Interessen for alternative energikilder som har vokst de siste tiårene i verden er forårsaket av utarming av hydrokarbondrivstoffreserver og behovet for å løse en rekke problemer. miljøspørsmål. Objektive faktorer (reserver av fossilt brensel og uran, samt endringer i miljøet forårsaket av tradisjonell brann og atomenergi) gjør at vi kan hevde at overgangen til nye metoder og former for energiproduksjon er uunngåelig.

Verdensøkonomien er for tiden på vei mot overgangen til en rasjonell kombinasjon av tradisjonelle og nye energikilder. Jordens varme opptar en av de første plassene blant dem.

Geotermiske energiressurser er delt inn i hydrogeologiske og petrogeotermiske. Den første av dem er representert av kjølevæsker (de utgjør bare 1% av felles ressurser geotermisk energi) - grunnvann, damp og damp-vannblandinger. Sistnevnte er geotermisk energi inneholdt i glødelampe steinerÅh.

Fonteneteknologien (selvsøl) som brukes i vårt land og i utlandet for utvinning av naturlig damp og geotermisk vann er enkel, men ineffektiv. Med en lav strømningshastighet av selvstrømmende brønner, kan deres varmeproduksjon hente inn kostnadene ved å bore bare på en liten dybde av geotermiske reservoarer med høy temperatur i områder med termiske anomalier. Levetiden til slike brønner i mange land når ikke engang 10 år.

Samtidig bekrefter erfaring at i nærvær av grunne samlere av naturlig damp, er bygging av et geotermisk kraftverk det mest lønnsomme alternativet for å bruke geotermisk energi. Driften av slike GeoTPP-er har vist sin konkurranseevne i forhold til andre typer kraftverk. Derfor er bruken av reserver av geotermisk vann og damphydrotermer i vårt land på Kamchatka-halvøya og på øyene i Kuril-kjeden, i regionene i Nord-Kaukasus, og muligens i andre områder, hensiktsmessig og rettidig. Men dampforekomster er en sjeldenhet, dens kjente og forutsagte reserver er små. Mye mer vanlige forekomster av varme og kraftvann er ikke alltid plassert nær nok forbrukeren - varmeforsyningsobjektet. Dette utelukker muligheten for store skalaer av deres effektive bruk.

Ofte utvikler problemene med å bekjempe skalering seg til et komplekst problem. Bruk av geotermiske, som regel, mineraliserte kilder som varmebærer fører til gjengroing av borehullssoner med jernoksid-, kalsiumkarbonat- og silikatformasjoner. I tillegg påvirker problemene med erosjon-korrosjon og avleiring funksjonen til utstyret negativt. Problemet er også utslipp av mineralisert og avløpsvann som inneholder giftige urenheter. Derfor kan ikke den enkleste fonteneteknologien tjene som grunnlag for den utbredte utviklingen av geotermiske ressurser.

Ifølge foreløpige estimater i territoriet Den russiske føderasjonen spådde reserver av termalvann med en temperatur på 40-250 °C, saltholdighet på 35-200 g/l og en dybde på opptil 3000 m er 21-22 millioner m3/døgn, som tilsvarer å brenne 30-40 millioner tonn tilsvarende drivstoff. i år.

De forutsagte reservene av damp-luftblandingen med en temperatur på 150-250 °C på Kamchatka-halvøya og Kuriløyene er 500 tusen m3/dag. og reserver av termisk vann med en temperatur på 40-100 ° C - 150 tusen m3 / dag.

Reserver av termisk vann med en strømningshastighet på ca. 8 millioner m3/døgn, med en saltholdighet på opptil 10 g/l og en temperatur over 50 °C anses som toppprioritet for utbygging.

Av mye større betydning for fremtidens energi er utvinningen av termisk energi, praktisk talt uuttømmelige petrogeotermiske ressurser. Denne geotermiske energien, innelukket i faste varme bergarter, utgjør 99 % av de totale ressursene til underjordisk termisk energi. På en dybde på opptil 4-6 km kan massiver med en temperatur på 300-400 °C bare finnes i nærheten av mellomkamrene til noen vulkaner, men varme bergarter med en temperatur på 100-150 °C er fordelt nesten overalt kl. disse dybdene, og med en temperatur på 180-200 °C i en ganske betydelig del av Russlands territorium.

I milliarder av år har kjernefysiske, gravitasjons- og andre prosesser inne i jorden generert og fortsetter å generere termisk energi. Noe av det stråler ut i verdensrommet, og varme samles i dypet, d.v.s. varmeinnholdet i de faste, flytende og gassformede fasene av terrestrisk materie kalles geotermisk energi.

Den kontinuerlige genereringen av innenjordisk varme kompenserer for dets eksterne tap, tjener som en kilde til akkumulering av geotermisk energi og bestemmer den fornybare delen av ressursene. Den totale fjerningen av varme fra det indre til jordens overflate er tre ganger høyere enn dagens kapasitet til kraftverk i verden og er beregnet til 30 TW.

Det er imidlertid klart at fornybarhet kun har betydning for begrenset naturlige ressurser, og det totale potensialet til geotermisk energi er praktisk talt uuttømmelig, siden det bør defineres som Total varme tilgjengelig for jorden.

Det er ingen tilfeldighet at verden de siste tiårene har vurdert retningen for mer effektiv bruk av energien til den dype varmen på jorden for å delvis erstatte naturgass, olje og kull. Dette vil bli mulig ikke bare i områder med høye geotermiske parametere, men også i alle områder av kloden når du borer injeksjons- og produksjonsbrønner og skaper sirkulasjonssystemer mellom dem.

Selvfølgelig, med lav termisk ledningsevne av bergarter, for effektiv drift av sirkulasjonssystemer, er det nødvendig å ha eller lage en tilstrekkelig utviklet varmevekslingsoverflate i varmeutvinningssonen. En slik overflate finnes ofte i porøse formasjoner og soner med naturlig bruddmotstand, som ofte finnes på de ovennevnte dybder, hvis permeabilitet gjør det mulig å organisere tvungen filtrering av kjølevæsken med effektiv utvinning av bergenergi, samt kunstig skapelse omfattende varmevekslerflate i lavpermeable porøse masser ved hydraulisk oppsprekking (se figur).

For tiden brukes hydraulisk frakturering i olje- og gassindustrien som en måte å øke reservoarpermeabiliteten for å øke oljeutvinningen i utviklingen av oljefelt. Moderne teknologi lar deg lage en smal, men lang sprekk, eller en kort, men bred. Eksempler på hydrauliske brudd med brudd opp til 2-3 km er kjent.

Den innenlandske ideen om å utvinne de viktigste geotermiske ressursene i faste bergarter ble uttrykt så tidlig som i 1914 av K.E. Obruchev.

I 1963 ble den første GCC opprettet i Paris for å trekke ut varme fra porøse formasjonsbergarter for oppvarming og klimaanlegg i lokalene til Broadcasting Chaos-komplekset. I 1985 var 64 GCC-er i drift i Frankrike med en total termisk kapasitet på 450 MW, med en årlig besparelse på omtrent 150 000 tonn olje. Samme år ble den første slike GCC opprettet i USSR i Khankala-dalen nær byen Grozny.

I 1977, ifølge prosjektet til Los Alamos National Laboratory i USA, begynte tester av en eksperimentell GCC med hydraulisk frakturering av et nesten ugjennomtrengelig massiv på Fenton Hill-området i delstaten New Mexico. Injisert gjennom brønnen (injeksjon) kaldt ferskvann ble varmet opp på grunn av varmeveksling med en steinmasse (185 °C) i et vertikalt brudd med et areal på 8000 m2, dannet ved hydraulisk oppsprekking på en dybde på 2,7 km. I en annen brønn (produksjon), som også krysset denne sprekken, kom overopphetet vann til overflaten i form av en dampstråle. Når du sirkulerer inn lukket krets under trykk nådde temperaturen på overopphetet vann på overflaten 160-180 °C, og den termiske kraften til systemet nådde 4-5 MW. Kjølevæskelekkasjer inn i det omkringliggende massivet utgjorde ca. 1 % av den totale strømningen. Konsentrasjonen av mekaniske og kjemiske urenheter (opptil 0,2 g/l) tilsvarte forholdene for ferskt drikkevann. Det hydrauliske bruddet krevde ikke fiksering og ble holdt åpent av væskens hydrostatiske trykk. Den frie konveksjonen som utviklet seg i den sikret effektiv deltakelse i varmevekslingen av nesten hele overflaten av utspringet av den varme bergmassen.

Utvinning av underjordisk termisk energi fra varme ugjennomtrengelige bergarter, basert på metodene for skråboring og hydraulisk frakturering som har blitt mestret og praktisert i olje- og gassindustrien i lang tid, forårsaket ikke seismisk aktivitet, heller ikke noe annet skadelige effekter på miljøet.

I 1983 gjentok britiske forskere den amerikanske erfaringen ved å lage en eksperimentell GCC med hydraulisk frakturering av granitter i Carnwell. Tilsvarende arbeid ble utført i Tyskland, Sverige. Mer enn 224 geotermiske oppvarmingsprosjekter er implementert i USA. Det antas imidlertid at geotermiske ressurser kan gi hoveddelen av USAs fremtidige ikke-elektriske termiske energibehov. I Japan nådde kapasiteten til GeoTPP i 2000 omtrent 50 GW.

For tiden utføres forskning og utforskning av geotermiske ressurser i 65 land. I verden er det, basert på geotermisk energi, opprettet stasjoner med en total kapasitet på rundt 10 GW. FN støtter aktivt utviklingen av geotermisk energi.

Erfaringene samlet i mange land i verden med bruk av geotermiske kjølevæsker viser at de under gunstige forhold er 2-5 ganger mer lønnsomme enn termiske og kjernekraftverk. Beregninger viser at én geotermisk brønn kan erstatte 158 tusen tonn kull per år.

Dermed er jordens varme kanskje den eneste store fornybare energiressursen, hvis rasjonelle utvikling lover å redusere energikostnadene sammenlignet med moderne drivstoffenergi. Med et like uuttømmelig energipotensial vil solenergi- og termonukleære installasjoner dessverre bli dyrere enn eksisterende drivstoff.

Til tross for den svært lange historien med utviklingen av jordvarmen, har geotermisk teknologi i dag ennå ikke nådd sin høye utvikling. Utviklingen av jordens termiske energi opplever store vanskeligheter med å bygge dype brønner, som er en kanal for å bringe kjølevæsken til overflaten. På grunn av den høye temperaturen ved bunnhullet (200-250 °C) er tradisjonelle fjellskjærende verktøy uegnet for arbeid under slike forhold, det stilles spesielle krav til valg av bore- og foringsrør, sementoppslemming, boreteknologi, brønnforingsrør og ferdigstillelse. Innenlandsk måleutstyr, serielle driftsarmaturer og utstyr er produsert i en design som tillater temperaturer ikke høyere enn 150-200 ° C. Tradisjonell dypmekanisk boring av brønner trekker noen ganger i årevis og krever betydelig finansielle kostnader. I hovedproduksjonsmidlene er kostnaden for brønner fra 70 til 90%. Dette problemet kan og bør bare løses ved å skape en progressiv teknologi for utvikling av hoveddelen av geotermiske ressurser, dvs. utvinning av energi fra varme bergarter.

Vår gruppe av russiske forskere og spesialister har jobbet med problemet med å utvinne og bruke den uuttømmelige, fornybare dype termiske energien til jordens varme bergarter på territoriet til den russiske føderasjonen i mer enn ett år. Formålet med arbeidet er å skape på grunnlag av hjemlige, høy teknologi tekniske midler for dyp penetrasjon i innvollene i jordskorpen. For tiden er det utviklet flere varianter av boreverktøy (BS), som ikke har noen analoger i verdenspraksis.

Driften av den første versjonen av BS er knyttet til dagens konvensjonelle brønnboringsteknologi. Hard bergborehastighet (gjennomsnittlig tetthet 2500-3300 kg/m3) opp til 30 m/t, hulldiameter 200-500 mm. Den andre varianten av BS utfører boring av brønner i en autonom og automatisk modus. Lanseringen utføres fra en spesiell lanserings- og akseptplattform, hvorfra bevegelsen styres. Tusen meter med BS i harde bergarter vil kunne passere i løpet av få timer. Brønndiameter fra 500 til 1000 mm. Gjenbrukbare BS-varianter har stor kostnadseffektivitet og stor potensiell verdi. Introduksjonen av BS i produksjon vil åpne ny scene i brønnkonstruksjon og gi tilgang til uuttømmelige kilder jordens termiske energi.

For behovene til varmeforsyning ligger den nødvendige dybden av brønner over hele landet i området opptil 3-4,5 tusen meter og overstiger ikke 5-6 tusen meter. Temperaturen på varmebæreren for bolig og felles varmeforsyning gjør ikke gå over 150 °C. Til industrianlegg temperaturen overstiger som regel ikke 180-200 °C.

Formålet med å opprette GCC er å gi konstant, rimelig, billig varme til fjerntliggende, vanskelig tilgjengelige og uutviklede regioner i Russland. Driftsvarigheten til GCS er 25-30 år eller mer. Tilbakebetalingstid for stasjoner (tatt i betraktning de nyeste teknologiene boring) - 3-4 år.

Opprettelsen i den russiske føderasjonen i de kommende årene av passende kapasitet for bruk av geotermisk energi for ikke-elektriske behov vil erstatte rundt 600 millioner tonn ekvivalent drivstoff. Besparelser kan være opptil 2 billioner rubler.

Fram til 2030 blir det mulig å skape energikapasiteter for å erstatte brannenergi med opptil 30 %, og frem til 2040 å nesten fullstendig eliminere organiske råvarer som drivstoff fra energibalansen i Den russiske føderasjonen.

Litteratur

1. Goncharov S.A. Termodynamikk. Moskva: MGTUim. N.E. Bauman, 2002. 440 s.

2. Dyadkin Yu.D. etc. Geotermisk termisk fysikk. St. Petersburg: Nauka, 1993. 255 s.

3. Mineralressursbase drivstoff- og energikompleks i Russland. Status og prognose / V.K. Branchhugov, E.A. Gavrilov, V.S. Litvinenko og andre, red. V.Z. Garipova, E.A. Kozlovsky. M. 2004. 548 s.

4. Novikov G. P. et al. Boring av brønner på termisk vann. M.: Nedra, 1986. 229 s.

Jordens varme. Sannsynlige kilder indre varme

Geotermi- vitenskap som studerer jordens termiske felt. Jordens gjennomsnittlige overflatetemperatur har en generell tendens til å synke. For tre milliarder år siden gjennomsnittstemperatur på jordens overflate var 71 o, nå - 17 o. Varmekilder (termisk ) Jordens felt er indre og ytre prosesser. Jordens varme er forårsaket av solstråling og har sin opprinnelse i innvollene på planeten. Verdiene for varmetilstrømning fra begge kilder er kvantitativt ekstremt forskjellige, og deres roller i planetens liv er forskjellige. Solvarme av jorden er 99,5 % av den totale mengden varme som mottas av overflaten, og intern oppvarming står for 0,5 %. I tillegg er tilstrømningen av intern varme veldig ujevnt fordelt på jorden og er hovedsakelig konsentrert på steder for manifestasjon av vulkanisme.

Den eksterne kilden er solstråling. Halvparten av solenergien absorberes av overflaten, vegetasjonen og overflatenære laget av jordskorpen. Den andre halvparten reflekteres inn i verdensrommet. Solstråling holder temperaturen på jordoverflaten på et gjennomsnitt på ca. 0 0 C. Solen varmer opp jordas overflatelag til en gjennomsnittlig dybde på 8 - 30 m, med en gjennomsnittlig dybde på 25 m, påvirkning av solvarme opphører og temperaturen blir konstant (nøytralt lag). Denne dybden er minimal i områder med maritimt klima og maksimal i den subpolare regionen. Under denne grensen er det et belte med konstant temperatur tilsvarende gjennomsnittlig årstemperatur i området. Så, for eksempel, i Moskva på landbrukets territorium. akademi. Timiryazev, på en dybde på 20 m, har temperaturen alltid holdt seg lik 4,2 o C siden 1882. I Paris, på en dybde på 28 m, har termometeret konsekvent vist 11,83 o C i mer enn 100 år. Laget med en konstant temperatur er den dypeste hvor flerårig ( permafrost. Under beltet med konstant temperatur er den geotermiske sonen, som er preget av varme generert av jorden selv.

Interne kilder er jordens tarmer. Jorden stråler ut mer varme ut i rommet enn den mottar fra solen. Interne kilder inkluderer restvarme fra tiden da planeten ble smeltet, varmen fra termonukleære reaksjoner som skjer i jordens tarm, varmen fra gravitasjonskompresjonen av jorden under påvirkning av tyngdekraften, varmen fra kjemiske reaksjoner og krystalliseringsprosesser. , etc. (for eksempel tidevannsfriksjon). Varmen fra tarmene kommer hovedsakelig fra de bevegelige sonene. Økningen i temperatur med dybden er assosiert med eksistensen interne kilder varme - forfall radioaktive isotoper– U, Th, K, gravitasjonsdifferensiering av materie, tidevannsfriksjon, eksoterm redoks kjemiske reaksjoner, metamorfose og faseoverganger. Graden av temperaturøkning med dybden bestemmes av en rekke faktorer - termisk ledningsevne, permeabilitet av bergarter, nærhet til vulkanske kamre, etc.

Under beltet med konstante temperaturer er det en økning i temperaturen, i gjennomsnitt 1 o per 33 m ( geotermisk stadium) eller 3 o hver 100 m ( geotermisk gradient). Disse verdiene er indikatorer på jordens termiske felt. Det er tydelig at disse verdiene er gjennomsnittlige og varierer i verdi ulike områder eller områder av jorden. Det geotermiske trinnet er forskjellig på forskjellige punkter på jorden. For eksempel, i Moskva - 38,4 m, i Leningrad - 19,6, i Arkhangelsk - 10. Så når du borer dyp brønn på Kolahalvøya, på en dybde på 12 km, ble det antatt en temperatur på 150 grader, i virkeligheten viste det seg å være rundt 220 grader. Ved boring av brønner i det nordlige Kaspiske hav på 3000 m dyp ble temperaturen antatt å være 150 grader, men den viste seg å være 108 grader.

Det bør bemerkes at de klimatiske egenskapene til området og gjennomsnittlig årstemperatur ikke påvirker endringen i verdien av det geotermiske trinnet, årsakene ligger i følgende:

1) i den forskjellige varmeledningsevnen til bergartene som utgjør et bestemt område. Under mål for termisk ledningsevne forstås mengden varme i kalorier som overføres på 1 sekund. Gjennom en seksjon på 1 cm 2 med en temperaturgradient på 1 o C;

2) i bergarters radioaktivitet, jo større termisk ledningsevne og radioaktivitet, jo lavere er geotermisk trinn;

3) inn ulike forhold forekomst av steiner og alder av forstyrrelse av deres forekomst; observasjoner har vist at temperaturen stiger raskere i lagene samlet i folder, de har ofte brudd (sprekker), som gjør tilgangen til varme fra dypet lettere;

4) karakter grunnvann: strømmer av varmt grunnvann varme bergarter, kaldt - kjølig;

5) avstand fra havet: nær havet på grunn av avkjøling av bergarter med en masse vann, er det geotermiske trinnet større, og ved kontakten er det mindre.

Kunnskap spesifikk verdi geotermisk stadium er av stor praktisk betydning.

1. Dette er viktig ved prosjektering av gruver. I noen tilfeller vil det være nødvendig å iverksette tiltak for å kunstig senke temperaturen i dype arbeider (temperatur - 50 ° C er grensen for en person i tørr luft og 40 ° C i våt luft); i andre vil det være mulig å arbeide på store dyp.

2. Veldig viktig har en vurdering av temperaturforhold under tunneldriving i fjellområder.

3. Studiet av de geotermiske forholdene i jordens indre gjør det mulig å bruke damp og varme kilder som dukker opp på jordens overflate. Underjordisk varme brukes for eksempel i Italia, Island; i Russland ble det bygget et eksperimentelt industrikraftverk på naturlig varme i Kamchatka.

Ved å bruke data om størrelsen på det geotermiske trinnet kan man gjøre noen antakelser om temperaturforholdene i jordas dype soner. Hvis godta gjennomsnittlig verdi geotermisk trinn utover 33 m og anta at økningen i temperatur med dybden skjer jevnt, så på en dybde på 100 km vil det være en temperatur på 3000 ° C. Denne temperaturen overskrider smeltepunktene til alle stoffer kjent på jorden, derfor er det bør være smeltede masser på denne dybden. Men på grunn av det enorme trykket på 31.000 atm. Overopphetede masser har ikke egenskapene til væsker, men er utstyrt med egenskapene til et fast legeme.

Med dybde må det geotermiske trinnet tilsynelatende øke betydelig. Hvis vi antar at trinnet ikke endres med dybden, bør temperaturen i midten av jorden være omtrent 200 000 grader, og ifølge beregninger kan den ikke overstige 5000 - 10 000 grader.

De viktigste kildene til termisk energi på jorden er [ , ]:

• varme gravitasjonsdifferensiering;
• radiogen varme;
• varme av tidevannsfriksjon;
• akkresjon varme;
• friksjonsvarme som frigjøres på grunn av differensiell rotasjon av den indre kjernen i forhold til den ytre kjernen, den ytre kjernen i forhold til mantelen og individuelle lag inne i den ytre kjernen.

Til dags dato er kun de fire første kildene kvantifisert. I vårt land tilhører hovedfortjenesten i dette O.G. Sorokhtin Og S.A. Ushakov. Følgende data er hovedsakelig basert på beregningene til disse forskerne.

Varme fra jordens gravitasjonsdifferensiering

En av de viktigste regelmessighetene i utviklingen av jorden er differensiering dens substans, som fortsetter på det nåværende tidspunkt. Denne differensieringen resulterte i dannelsen kjerne og skorpe, endring i sammensetningen av primæren kapper, mens delingen av et opprinnelig homogent stoff i fraksjoner forskjellig tetthet ledsaget av utgivelsen Termisk energi, og den maksimale varmeavgivelsen skjer når det terrestriske stoffet deles inn i tett og tung kjerne og gjenværende lighter silikatskall jordkappe. For tiden genereres det meste av denne varmen ved grensen mantel - kjerne.

Jordensgier for hele tiden av dens eksistens skilte seg ut - 1,46 * 10 38 erg (1,46 * 10 31 J). Gitt energi for det meste går først inn kinetisk energi konvektive strømmer av mantelstoffet, og deretter inn varm; en annen del av det brukes på tillegg kompresjon av jordens indre, som oppstår på grunn av konsentrasjonen av tette faser i den sentrale delen av jorden. Fra 1,46*10 38 erg energien til jordens gravitasjonsdifferensiering gikk til dens ekstra kompresjon 0,23*10 38 erg (0,23*10 31 J), og i form av frigjort varme 1,23*10 38 erg (1,23*10 31 J). Størrelsen på denne termiske komponenten overstiger betydelig den totale frigjøringen i jorden av alle andre typer energi. Fordeling i tid totalsum og frigjøringshastigheten til den termiske komponenten av gravitasjonsenergi er vist i fig. 3.6 .

Ris. 3.6.

Moderne nivå varmegenerering under gravitasjonsdifferensieringen av jorden - 3*10 20 erg/s (3*10 13W), som er fra verdien av det moderne varmebølge passerer gjennom overflaten av planeten i ( 4,2-4,3) * 10 20 erg / s ((4,2-4,3)*10 13W), er ~ 70% .

radiogen varme

Forårsaket av radioaktivt forfall av ustabil isotoper. Den mest energikrevende og langlivede ( med halveringstid står i forhold til jordens alder). isotoper 238 U, 235 U, 232Th Og 40K. De fleste av dem er konsentrert i kontinental skorpe. Moderne generasjonsnivå radiogen varme:

• av amerikansk geofysiker V. Vakye - 1,14*10 20 erg/s (1,14*10 13W) ,
• ifølge russiske geofysikere O.G. Sorokhtin Og S.A. Usjakov - 1,26*10 20 erg/s(1,26*10 13W) .

Fra verdien av den moderne varmestrømmen er dette ~ 27-30%.

Av den totale varmen radioaktivt forfall V 1,26*10 20 erg/s (1,26*10 13W) V jordskorpen skiller seg ut - 0,91*10 20 erg/s, og i mantelen - 0,35*10 20 erg/s. Det følger av dette at andelen radiogen mantelvarme ikke overstiger 10% av det totale moderne varmetapet på jorden, og det kan ikke være hovedkilden til energi for aktive tektono-magmatiske prosesser, hvis dybde kan nå 2900 km ; og den radiogene varmen som frigjøres i skorpen går relativt raskt tapt gjennom jordens overflate og deltar praktisk talt ikke i oppvarmingen av planetens dype tarmer.

I tidligere geologiske epoker må mengden radiogen varme frigjort i mantelen ha vært høyere. Dens estimater på tidspunktet for dannelsen av jorden ( 4,6 milliarder år siden) gi - 6,95*10 20 erg/s. Siden den tid har det vært en jevn nedgang i hastigheten for frigjøring av radiogen energi (fig. 3.7 ).

For all tid på jorden skilte seg ut ~4,27*10 37 erg(4,27*10 30 J) den termiske energien til radioaktivt forfall, som er nesten tre ganger lavere enn den totale verdien aven.

Varme av tidevannsfriksjon

Den skiller seg ut under jordens gravitasjonsinteraksjon, først og fremst med månen, som den nærmeste store romkropp. På grunn av gjensidig gravitasjonsattraksjon oppstår tidevannsdeformasjoner i kroppene deres - opphovning eller pukler. Tidevannshumpene på planetene påvirker deres bevegelse ved sin ekstra tiltrekning. Dermed skaper tiltrekningen av begge tidevannspukler på jorden et par krefter som virker både på jorden selv og på månen. Påvirkningen av den nære, månevendte hevelsen er imidlertid noe sterkere enn den fjernere. På grunn av vinkelhastighet rotasjon moderne jord (7,27*10 -5 s -1) overstiger månens banehastighet ( 2,66*10 -6 s -1), og planetenes substans ikke er ideelt elastisk, så blir jordens tidevannspukler, som det var, ført bort av dens foroverrotasjon og er merkbart foran Månens bevegelse. Dette leder til maksimalt tidevann Landene går alltid frem på overflaten litt senere enn øyeblikket klimaks Månen, og et ekstra øyeblikk av krefter virker på jorden og månen (fig. 3.8 ) .

Absolutte verdier Tidevannsinteraksjonskreftene i jord-månesystemet er nå relativt små og tidevannsdeformasjonene av litosfæren forårsaket av dem kan bare nå noen få titalls centimeter, men de fører til en gradvis nedbremsing av jordens rotasjon og omvendt til akselerasjonen av månens banebevegelse og dens fjerning fra jorden. Kinetisk energi bevegelsen til jordens tidevannshumler omdannes til termisk energi på grunn av den indre friksjonen av materie i tidevannshumper.

For tiden er hastigheten for frigjøring av tidevannsenergi ved G. McDonald er ~0,25*10 20 erg/s (0,25*10 13W), mens hoveddelen (omtrent 2/3) antagelig er forsvinner(spredt) i hydrosfæren. Derfor er andelen tidevannsenergi forårsaket av samspillet mellom jorden og månen og forsvunnet inn fast jord(primært i astenosfæren), ikke overstiger 2 % total termisk energi generert i dypet; og brøkdelen av solenergi overstiger ikke 20 % fra påvirkning av månens tidevann. Derfor spiller solid tidevann nå praktisk talt ingen rolle i å mate tektoniske prosesser med energi, men i enkeltsaker kan fungere som "triggere", som for eksempel jordskjelv.

Mengden tidevannsenergi er direkte relatert til avstanden mellom romobjekter. Og hvis avstanden mellom jorden og solen ikke antar noen betydelige endringer i den geologiske tidsskalaen, er denne parameteren en variabel i jord-månesystemet. Uavhengig av ideer om, innrømmer nesten alle forskere at i de tidlige stadiene av utviklingen av jorden var avstanden til månen betydelig mindre enn den moderne, mens i prosessen med planetarisk utvikling, ifølge de fleste forskere, øker den gradvis. , og iht Yu.N. Avsyuku denne avstanden opplever langsiktige endringer i form av sykluser "ankomst - avgang" av månen. Dette antyder at i tidligere geologiske epoker var tidevannsvarmens rolle i jordens totale varmebalanse mer betydelig. Generelt har den skilt seg ut under hele utviklingen av jorden ~3,3*10 37 erg (3,3*10 30 J) tidevannsvarmeenergi (dette er underlagt den suksessive fjerningen av månen fra jorden). Endringen i tid for frigjøringshastigheten for denne varmen er vist i fig. 3.10 .

Mer enn halvparten av den totale tidevannsenergien ble sluppet ut katarchee (hellea)) - For 4,6-4,0 milliarder år siden, og på den tiden, bare på grunn av denne energien, kunne jorden i tillegg varmes opp med ~ 500 0 С. energikrevende endogene prosesser .

akkresjonsvarme

Dette er varmen som er lagret av jorden siden den ble dannet. I prosess tilvekster, som varte i flere titalls millioner år, på grunn av kollisjonen planetesimals Jorden har opplevd betydelig oppvarming. Samtidig er det ingen konsensus om størrelsen på denne oppvarmingen. Foreløpig er forskere tilbøyelige til å tro at i prosessen med akkresjon opplevde jorden, om ikke fullstendig, så betydelig delvis smelting, noe som førte til den første differensieringen av Proto-jorden til en tung jernkjerne og en lett silikatmantel, og til formasjonen "magma hav" på overflaten eller på grunne dybder. Selv før 1990-tallet ble modellen av en relativt kald primærjord ansett som praktisk talt universelt anerkjent, som gradvis ble varmet opp på grunn av de ovennevnte prosessene, ledsaget av frigjøring av en betydelig mengde termisk energi.

Et nøyaktig estimat av den primære akkresjonære varmen og dens andel som har overlevd til i dag er forbundet med betydelige vanskeligheter. Av O.G. Sorokhtin Og S.A. Usjakov, som er tilhengere av en relativt kald primærjord, er verdien av akkresjonsenergien omdannet til varme - 20.13*10 38 erg (20,13*10 31 J). Denne energien i fravær av varmetap ville være nok for fullstendig fordampning terrestrisk materie, fordi temperaturen kan stige til 30 000 0 С. Men akkresjonsprosessen var relativt lang, og energien fra planetesimale påvirkninger ble frigjort bare i de nærliggende lagene på den voksende jorden og gikk raskt tapt med termisk stråling, så den første oppvarmingen av planeten var ikke stor. Størrelsen på denne termiske strålingen, som går parallelt med dannelsen (akkresjonen) av jorden, er estimert av de angitte forfatterne som 19,4*10 38 erg (19,4*10 31 J) .

I moderne energibalanse Jordens akkresjonsvarme spiller mest sannsynlig en mindre rolle.

For Russland kan energien til jordens varme bli en konstant, pålitelig kilde for å gi billig og rimelig elektrisitet og varme ved å bruke nye høye, miljøvennlige teknologier for utvinning og forsyning til forbrukeren. Dette gjelder spesielt for øyeblikket

Begrensede ressurser av fossile energiråvarer

Etterspørselen etter organiske energiråvarer er stor i industrialiserte land og utviklingsland (USA, Japan, stater i det forente Europa, Kina, India, etc.). Samtidig er deres egne hydrokarbonressurser i disse landene enten utilstrekkelige eller reserverte, og et land, som USA, kjøper energiråvarer i utlandet eller bygger ut forekomster i andre land.

I Russland, et av de rikeste landene når det gjelder energiressurser, dekkes fortsatt de økonomiske behovene for energi av mulighetene for å bruke naturressurser. Imidlertid er utvinningen av fossile hydrokarboner fra tarmene svært hurtig. Hvis på 1940-1960-tallet. De viktigste oljeproduserende regionene var "Andre Baku" i Volga og Cis-Ural, den gang, fra 1970-tallet, og frem til i dag, har Vest-Sibir vært et slikt område. Men også her er det en betydelig nedgang i produksjonen av fossile hydrokarboner. Tiden med "tørr" Cenomanian gass går bort. Den forrige fasen av omfattende utbygging av naturgassproduksjon er avsluttet. Utvinningen fra slike gigantiske forekomster som Medvezhye, Urengoyskoye og Yamburgskoye utgjorde henholdsvis 84, 65 og 50 %. Andelen oljereserver som er gunstige for utbygging avtar også over tid.

På grunn av aktivt forbruk av hydrokarbonbrensel er landreservene av olje og naturgass betydelig redusert. Nå er hovedreservene deres konsentrert om kontinentalsokkelen. Og selv om råstoffbasen til olje- og gassindustrien fortsatt er tilstrekkelig for olje- og gassproduksjon i Russland i nødvendige volumer, i nær fremtid vil det i økende grad bli gitt gjennom utvikling av forekomster med komplekse gruvedrift og geologiske forhold. Samtidig vil kostnadene ved produksjon av hydrokarboner vokse.

Mesteparten av de ikke-fornybare ressursene som utvinnes fra undergrunnen brukes som brensel til kraftverk. For det første er dette andelen av drivstoffstrukturen på 64%.

I Russland produseres 70 % av elektrisiteten ved termiske kraftverk. Energibedrifter land brenner årlig rundt 500 millioner tonn c.e. tonn med det formål å generere elektrisitet og varme, mens produksjon av varme bruker 3-4 ganger mer hydrokarbonbrensel enn produksjon av elektrisitet.

Mengden varme som oppnås fra forbrenningen av disse volumene av hydrokarbonråvarer tilsvarer bruken av hundrevis av tonn kjernebrensel - forskjellen er enorm. derimot kjernekraft krever tilbud miljøsikkerhet(for å forhindre en gjentakelse av Tsjernobyl) og beskytte den mot mulige terrorangrep, samt sikker og kostbar dekommisjonering av foreldede og brukte kjernekraftenheter. De påviste utvinnbare reservene av uran i verden er rundt 3 millioner 400 000 tonn. For hele forrige periode (frem til 2007) ble det utvunnet rundt 2 millioner tonn.

RES som fremtiden for global energi

Den økte interessen i verden de siste tiårene for alternative fornybare energikilder (RES) er ikke bare forårsaket av utarming av hydrokarbondrivstoffreserver, men også av behovet for å løse miljøproblemer. Objektive faktorer (fossilt brensel og uranreserver, samt endringer i miljø knyttet til bruk av tradisjonell brann- og kjernekraft) og energiutviklingstrender tyder på at overgangen til nye metoder og former for energiproduksjon er uunngåelig. Allerede i første halvdel av XXI århundre. det vil være en fullstendig eller nesten fullstendig overgang til utradisjonelle energikilder.

Jo før et gjennombrudd blir gjort i denne retningen, desto mindre smertefullt vil det være for hele samfunnet og jo mer fordelaktig for landet, der avgjørende skritt vil bli tatt i denne retningen.

Verdensøkonomien har allerede satt kursen for overgangen til en rasjonell kombinasjon av tradisjonelle og nye energikilder. Energiforbruket i verden i 2000 utgjorde mer enn 18 milliarder tonn drivstoffekvivalenter. tonn, og energiforbruket innen 2025 kan øke til 30–38 milliarder tonn drivstoffekvivalenter. tonn, ifølge prognosedata, innen 2050 er forbruk på nivået 60 milliarder tonn drivstoffekvivalent mulig. t. En karakteristisk trend i utviklingen av verdensøkonomien i den aktuelle perioden er en systematisk nedgang i forbruket av fossilt brensel og en tilsvarende økning i bruken av utradisjonelle energiressurser. Jordens termiske energi opptar en av de første plassene blant dem.

For tiden har den russiske føderasjonens energidepartement vedtatt et program for utvikling av utradisjonell energi, inkludert 30 store prosjekter for bruk av varmepumpeenheter (HPU), hvis prinsipp er basert på forbruk av lav- Jordens potensielle termiske energi.

Lavpotensial energi av jordens varme- og varmepumper

Kildene til jorda med lavt potensial varmeenergi er solstråling og termisk stråling oppvarmede tarmer på planeten vår. For tiden er bruk av slik energi et av de mest dynamisk utviklende områdene for energi basert på fornybare energikilder.

Jordens varme kan brukes i forskjellige typer bygninger og konstruksjoner for oppvarming, varmtvannsforsyning, klimaanlegg (kjøling), samt for oppvarmingsveier i vintertidår, forebygging av ising, oppvarming av baner på utendørs stadioner osv. På engelsk teknisk litteratur systemer som utnytter jordens varme i oppvarmings- og luftkondisjoneringsanlegg omtales som GHP – «geotermiske varmepumper» (geotermiske varmepumper). Klimaegenskaper landene i Sentral- og Nord-Europa, som sammen med USA og Canada er hovedområdene for bruk av lavgradig varme på jorden, bestemmer dette hovedsakelig for oppvarmingsformål; kjøling av luften, selv om sommeren, er relativt sjelden nødvendig. Derfor, i motsetning til i USA, varmepumper inn europeiske land fungerer hovedsakelig i oppvarmingsmodus. I USA brukes de oftere i luftvarmesystemer kombinert med ventilasjon, som tillater både oppvarming og kjøling av uteluften. I europeiske land brukes varmepumper vanligvis i vannvarmesystemer. Siden effektiviteten øker når temperaturforskjellen mellom fordamperen og kondensatoren avtar, brukes ofte gulvvarmesystemer til oppvarming av bygninger, der en kjølevæske med relativt lav temperatur (35–40 ° C) sirkulerer.

Typer av systemer for bruk av lavpotensialenergi av jordvarmen

I generell sak Det er to typer systemer for å bruke lavpotensialenergien til jordvarmen:

- åpne systemer: som en kilde til lavkvalitets termisk energi brukes grunnvann, som tilføres direkte til varmepumper;

- lukkede systemer: varmevekslere er plassert i jordmassivet; når en kjølevæske med lavere temperatur enn bakken sirkulerer gjennom dem, blir termisk energi "tatt av" fra bakken og overført til varmepumpens fordamper (eller når en kjølevæske med høyere temperatur i forhold til bakken brukes, kjøles den ned ).

Minuser åpne systemer er at brønnene krever vedlikehold. I tillegg er bruk av slike systemer ikke mulig på alle områder. De viktigste kravene til jord og grunnvann er som følger:

- tilstrekkelig vanngjennomtrengelighet av jorda, som tillater etterfylling av vannreserver;

– god grunnvannskjemi (f.eks. lavt jerninnhold) for å unngå rørbelegg og korrosjonsproblemer.

Lukkede systemer for bruk av lavpotensialenergi av jordvarmen

Lukkede systemer er horisontale og vertikale (Figur 1).

Ris. 1. Opplegg av en jordvarmepumpeinstallasjon med: a - horisontal

og b - vertikale jordvarmevekslere.

Horisontal jordvarmeveksler

I landene i vestlige og Sentraleuropa horisontale jordvarmevekslere er vanligvis separate rør lagt relativt tett og koblet til hverandre i serie eller parallelt (fig. 2).

Ris. 2. Horisontale jordvarmevekslere med: a - sekvensiell og

b - parallellkobling.

For å redde området på stedet der varmen fjernes, er det utviklet forbedrede typer varmevekslere, for eksempel varmevekslere i form av en spiral (fig. 3), plassert horisontalt eller vertikalt. Denne formen for varmevekslere er vanlig i USA.

DEM. Kapitonov

Jordens kjernefysiske varme

Jordvarme

Jorden er en ganske sterkt oppvarmet kropp og er en varmekilde. Den varmes opp først og fremst på grunn av solstrålingen den absorberer. Men jorden har også sin egen termiske ressurs som kan sammenlignes med varmen mottatt fra solen. Det antas at denne jordens egen energi har følgende opprinnelse. Jorden oppsto for rundt 4,5 milliarder år siden etter dannelsen av solen fra en protoplanetarisk gass-støvskive som roterte rundt den og kondenserte. På et tidlig stadium av dannelsen ble jordens substans varmet opp på grunn av relativt langsom gravitasjonskompresjon. En viktig rolle i jordens varmebalanse ble også spilt av energien som ble frigjort under fallet av små kosmiske kropper på den. Derfor ble den unge jorden smeltet. Avkjøling kom den gradvis til sin nåværende tilstand med en solid overflate, hvorav en betydelig del er dekket med hav og sjøvann. Dette harde ytre laget kalles jordskorpen og i gjennomsnitt på landtomter er tykkelsen omtrent 40 km, og under havvann- 5-10 km. Det dypere laget av jorden, kalt mantel, består også av fast stoff. Den strekker seg til en dybde på nesten 3000 km og inneholder mesteparten av jordens materie. Til slutt, den innerste delen av jorden er dens kjerne. Den består av to lag - ekstern og intern. ytre kjerne dette er et lag av smeltet jern og nikkel ved en temperatur på 4500-6500 K med en tykkelse på 2000-2500 km. indre kjerne med en radius på 1000-1500 km er en solid jern-nikkel-legering oppvarmet til en temperatur på 4000-5000 K med en tetthet på omtrent 14 g / cm 3, som oppsto ved et enormt (nesten 4 millioner bar) trykk.
I tillegg til den indre varmen til jorden, arvet fra det tidligste varme stadiet av dens dannelse, og mengden som bør avta med tiden, er det en annen - langsiktig, assosiert med radioaktivt forfall av kjerner med en lang halvdel -liv - først og fremst 232 Th, 235 U , 238 U og 40 K. Energien som frigjøres i disse forfallene - de står for nesten 99% av jordens radioaktive energi - fyller stadig på jordens termiske reserver. Kjernene ovenfor er inneholdt i skorpen og mantelen. Forfallet deres fører til oppvarming av både de ytre og indre lag av jorden.
En del av den enorme varmen inne i jorden kommer stadig ut til overflaten, ofte i veldig storskala vulkanske prosesser. Varmestrømmen som strømmer fra jordens dyp gjennom overflaten er kjent. Det er (47±2)·10 12 watt, som tilsvarer varmen som kan genereres av 50 tusen kjernekraftverk (gjennomsnittseffekten til ett kjernekraftverk er ca. 10 9 watt). Spørsmålet oppstår om radioaktiv energi spiller noen vesentlig rolle i jordens totale termiske budsjett, og i så fall hvilken rolle? Svaret på disse spørsmålene forble ukjent i lang tid. Nå er det muligheter for å svare på disse spørsmålene. Nøkkelrollen her tilhører nøytrinoer (antineutrinoer), som er født i prosessene med radioaktivt forfall av kjerner som utgjør jordens materie og som kalles geo-nøytrino.

Geo-nøytrino

Geo-nøytrino er det kombinerte navnet på nøytrinoer eller antinøytrinoer, som sendes ut som et resultat av beta-nedbrytning av kjerner som befinner seg under jordoverflaten. På grunn av den enestående penetreringsevnen kan åpenbart registrering av disse (og bare dem) av bakkebaserte nøytrino-detektorer gi objektiv informasjon om prosessene med radioaktivt forfall som skjer dypt inne i jorden. Et eksempel på et slikt forfall er β - forfallet til 228 Ra-kjernen, som er produktet av α-forfallet til den langlivede 232 Th-kjernen (se tabell):

Halveringstiden (T 1/2) til 228 Ra-kjernen er 5,75 år, og den frigjorte energien er omtrent 46 keV. Energispekteret til antinøytrinoer er kontinuerlig med en øvre grense nær den frigjorte energien.
Forfallene til 232 Th, 235 U, 238 U kjerner er kjeder av påfølgende henfall som danner den såkalte radioaktiv serie. I slike kjeder er α-henfall ispedd β − -henfall, siden i α-henfall viser de endelige kjernene seg å være forskjøvet fra β-stabilitetslinjen til regionen av kjerner overbelastet med nøytroner. Etter en kjede av påfølgende henfall på slutten av hver rad, dannes stabile kjerner med antall protoner og nøytroner nær eller lik magiske tall (Z = 82,N= 126). Slike sluttkjerner er stabile isotoper av bly eller vismut. Dermed ender forfallet av T 1/2 med dannelsen av en dobbeltmagisk kjerne 208 Pb, og på banen 232 Th → 208 Pb oppstår seks α-forfall, alternerende med fire β - henfall (i kjeden 238 U → 206 Pb, åtte α- og seks β - - henfall; det er syv α- og fire β - henfall i 235 U → 207 Pb kjeden). Dermed er energispekteret til antinøytrinoer fra hver radioaktiv serie en superposisjon av partielle spektre fra individuelle β − henfall som utgjør denne serien. Spektrene til antinøytrinoer produsert i 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K henfall er vist i fig. 1. 40 K forfall er et enkelt β − forfall (se tabell). Antinøytrinoer når sin høyeste energi (opptil 3,26 MeV) i forfallet
214 Bi → 214 Po, som er et ledd i den radioaktive serien på 238 U. Den totale energien som frigjøres under passasjen av alle henfallsleddene i 232 Th → 208 Pb-serien er 42,65 MeV. For de radioaktive seriene 235 U og 238 U er disse energiene henholdsvis 46,39 og 51,69 MeV. Energi frigjort i forfall
40 K → 40 Ca er 1,31 MeV.

Kjennetegn på 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K kjerner

Kjerne	Andel i % i en blanding isotoper	Antall kjerner forholder seg. Si kjerner	T 1/2 milliarder år	Første lenker forfall
232Th	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6,48 10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40K	0.0117	0.440	1.25

Estimatet av geo-nøytrinofluxen, gjort på grunnlag av forfallet av 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K kjernene inneholdt i sammensetningen av jordens materie, fører til en verdi i størrelsesorden 10 6 cm -2 sek -1. Ved å registrere disse geo-nøytrinoene kan man få informasjon om radioaktiv varmes rolle i jordens totale varmebalanse og teste våre ideer om innholdet av langlivede radioisotoper i jordstoffet.

Ris. 1. Energispektra til antinøytrinoer fra kjernefysisk forfall

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K normalisert til ett henfall av moderkjernen

Reaksjonen brukes til å registrere elektron-antinøytrinoer

P → e + + n, (1)

hvor denne partikkelen faktisk ble oppdaget. Terskelen for denne reaksjonen er 1,8 MeV. Derfor er det kun geo-nøytrinoer dannet i forfallskjeder som starter fra 232 Th og 238 U kjerner som kan registreres i reaksjonen ovenfor. Det effektive tverrsnittet av reaksjonen under diskusjon er ekstremt lite: σ ≈ 10 -43 cm 2. Det følger derfor at en nøytrino-detektor med et følsomt volum på 1 m 3 ikke vil registrere mer enn noen få hendelser per år. Åpenbart, for pålitelig fiksering av geo-nøytrino-strømmer, trengs store volumnøytrino-detektorer, plassert i underjordiske laboratorier for maksimal beskyttelse mot bakgrunnen. Ideen om å bruke detektorer designet for å studere sol- og reaktornøytrinoer for registrering av geo-nøytrinoer oppsto i 1998. For tiden er det to nøytrino-detektorer med stort volum som bruker en væskescintillator og er egnet for å løse problemet. Dette er nøytrino-detektorene til KamLAND-eksperimentene (Japan, ) og Borexino (Italia, ). Nedenfor vurderer vi enheten til Borexino-detektoren og resultatene oppnådd på denne detektoren for registrering av geo-nøytrinoer.

Borexino detektor og registrering av geo-nøytrinoer

Borexino-nøytrino-detektoren er plassert sentralt i Italia i et underjordisk laboratorium under fjellkjeden Gran Sasso, hvis fjelltopper når 2,9 km (fig. 2).

Ris. Fig. 2. Plasseringsdiagram av nøytrinolaboratoriet under Gran Sasso-fjellkjeden (sentral-Italia)

Borexino er en usegmentert massiv detektor, aktivt medium som er
280 tonn organisk væskescintillator. Den fylte et sfærisk kar av nylon på 8,5 m i diameter (fig. 3). Scintillatoren var pseudokumen (C 9 H 12) med et spektrum-skiftende PPO-additiv (1,5 g/l). Lyset fra scintillatoren samles opp av 2212 åtte-tommers fotomultiplikatorer (PMTs) plassert på en rustfri stålkule (SSS).

Ris. 3. Skjema for enheten til Borexino-detektoren

Et nylonkar med pseudokumen er en intern detektor som har som oppgave å registrere nøytrinoer (antineutrinoer). Den indre detektoren er omgitt av to konsentriske buffersoner som beskytter den mot ytre gammastråler og nøytroner. Den indre sonen er fylt med et ikke-scintillerende medium bestående av 900 tonn pseudokumen med dimetylftalattilsetninger for å slukke scintillasjoner. Den ytre sonen ligger på toppen av SNS og er en Cherenkov-vanndetektor som inneholder 2000 tonn ultrarent vann og avskjærer signaler fra myoner som kommer inn i anlegget utenfra. For hver interaksjon som skjer i den interne detektoren, bestemmes energi og tid. Kalibrering av detektoren ved hjelp av forskjellige radioaktive kilder gjorde det mulig å bestemme sin energiskala og graden av reproduserbarhet av lyssignalet svært nøyaktig.
Borexino er en detektor med svært høy strålingsrenhet. Alle materialer ble nøye utvalgt, og scintillatoren ble renset for å minimere den indre bakgrunnen. På grunn av sin høye strålingsrenhet er Borexino en utmerket detektor for å oppdage antinøytrinoer.
I reaksjon (1) gir positronet et øyeblikkelig signal, som etter en tid følges av fangst av et nøytron av en hydrogenkjerne, noe som fører til fremkomsten av et γ-kvante med en energi på 2,22 MeV, som skaper en signal forsinket i forhold til det første. I Borexino er nøytronfangsttiden omtrent 260 μs. De øyeblikkelige og forsinkede signalene er korrelert i rom og tid, og gir nøyaktig gjenkjennelse av hendelsen forårsaket av f.eks.
Terskelen for reaksjon (1) er 1,806 MeV og, som det fremgår av fig. 1 er alle geo-nøytrinoene fra forfallet på 40 K og 235 U under denne terskelen, og bare en del av geo-nøytrinoene som oppsto i forfallet på 232 Th og 238 U kan påvises.
Borexino-detektoren oppdaget først signaler fra geo-nøytrinoer i 2010 og publiserte nylig nye resultater basert på observasjoner over 2056 dager fra desember 2007 til mars 2015. Nedenfor presenterer vi de innhentede dataene og resultatene av diskusjonen deres, basert på artikkelen.
Som et resultat av analysen av eksperimentelle data ble det identifisert 77 kandidater for elektron-antinøytrinoer som besto alle utvalgskriteriene. Bakgrunnen fra hendelser som simulerte e ble estimert med . Dermed var signal/bakgrunnsforholdet ≈100.
Hovedbakgrunnskilden var reaktor antinøytrinoer. For Borexino var situasjonen ganske gunstig, siden det ikke er noen atomreaktorer i nærheten av Gran Sasso-laboratoriet. I tillegg er reaktor-antinøytrinoer mer energiske enn geo-nøytrinoer, noe som gjorde det mulig å skille disse antinøytrinoene fra positronen ved signalstyrke. Resultatene av analysen av bidragene fra geo-nøytrinoer og reaktor-antinøytrinoer til det totale antallet registrerte hendelser fra e er vist i fig. 4. Antall registrerte geo-nøytrinoer gitt av denne analysen (det skraverte området tilsvarer dem i fig. 4) er lik . I spekteret av geo-nøytrinoer som er hentet ut som et resultat av analysen, er to grupper synlige - mindre energiske, mer intense og mer energiske, mindre intense. Forfatterne av den beskrevne studien assosierer disse gruppene med henfallene til henholdsvis thorium og uran.
I analysen under diskusjon brukte vi forholdet mellom massene av thorium og uran i jorda
m(Th)/m(U) = 3,9 (i tabellen er denne verdien ≈3,8). Denne figuren gjenspeiler det relative innholdet av disse kjemiske elementene i kondritter - den vanligste gruppen av meteoritter (mer enn 90% av meteoritter som falt til jorden tilhører denne gruppen). Det antas at sammensetningen av kondritter, med unntak av lette gasser (hydrogen og helium), gjentar sammensetningen av solsystemet og den protoplanetariske skiven som Jorden ble dannet fra.

Ris. Fig. 4. Spektrum av lyseffekten fra positroner i enheter av antall fotoelektroner for antinøytrinokandidathendelser (eksperimentelle punkter). Det skraverte området er bidraget fra geo-nøytrinoer. Den heltrukne linjen er bidraget fra reaktor-antinøytrinoer.