نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• ابوذر بهاری
• سعید محمدی

گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور، تهران

چکیده

بسیاری از مطالعات نشان داده‌اند که در هنگام زلزله، شکستگی سنگ‌های پیزوالکتریک مانند گرانیت باعث تابش ذرات اتمی/هسته‌ای به درون پوستۀ زمین می‌شود. با کمک یک کد شبیه‌سازی MCNPX، ما قبلاً مقدار و انرژی ذرات اتمی/هسته‌ای ایجاد شده و برهمکنش‌های احتمالی بلوک‌های پیزوالکتریک تحت تنش را مطالعه کرده‌ایم. در این تحقیق، با استفاده از کد PACE4، ما برهمکنش بین نوترون‌های ایجاد شده از سنگ‌های پیزوالکتریک تحت تنش و عناصر گرانیت به علاوه عناصر سیالات پرکننده شکستگی‌ها مانند آب، هوا، متان و CO₂ را جهت مطالعۀ سازوکار چنین واکنش‌هایی و یافتن عناصر جدیدی که ممکن است تولید شوند، شبیه‌سازی کردیم. نتایج نشان می‌دهد که واکنش‌های هسته‌ای مرکب مانند همجوشی/شکافت/پراکندگی غیرکشسان ممکن است رخ دهد که منجر به آزاد شدن انرژی از اعماق زمین در مناطق لرزه‌خیز می‌شود. علاوه‌بر‌این، فعل و انفعالات هسته‌ای مرکب ناشی از اثر پیزوالکتریک، می‌تواند برخی رادیوایزوتوپ‌ها و نیز عناصر پایدار مانند کربن (C)، اکسیژن (O)، هیدروژن (H) و نیتروژن (N) را در بافت سنگ گرانیتی یا داخل سیالات پرکنندۀ شکست ایجاد کند و زنجیرۀ حیات و/یا زنجیرۀ هیدروکربنی (نفت و گاز) را در داخل پوستۀ زمین در مناطق لرزه‌خیز فعال کند. همچنین می‌تواند منجر به تولید گاز CO₂ شود. علاوه‌بر‌این، در این فرایند ممکن است عناصر جدیدی مانند Al، Mg و غیره نیز در بافت سنگ‌های گرانیتی تولید شوند. همچنین، ما دریافتیم که افزایش مقدار ذرات هسته‌ای و عناصر پرتوزا در سطح، می‌تواند نشانه‌ای از یک زلزله درحال وقوع باشد. علاوه‌بر‌این، پدیدۀ جذب نوترون(neutron capturing) ممکن است بین نوترون ها و هسته‌های هیدروژن آب زیرزمینی اتفاق بیفتد و باعث تولید دوتریوم شود. در نتیجه، افزایش مقدار دوتریوم پایدار در آب اطراف مناطق لرزه خیز می‌تواند یک پیش نشانگر زلزله باشد.

کلیدواژه‌ها

• PACE4
• تابش ذرات
• نوترون
• سنگ های گرانیتی
• پیزوالکتریک
• زلزله

موضوعات

• فیزیک هسته ای

عنوان مقاله [English]

Simulating the interactions between the produced neutrons from piezoelectric rocks and the surrounding medium during earthquakes

نویسندگان [English]

• Abouzar Bahari
• Saeed Mohammadi

Department of Physics, Payame Noor University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Many studies have shown that during earthquakes (EQs), the fracturing of piezoelectric rocks like granite causes atomic/ nuclear particles' radiation into the Earth’s crust. With the help of an MCNPX simulation code, we have already studied the amount and energies of created atomic/ nuclear particles and the possible interactions for under-stressed piezoelectric blocks. In this research, applying the PACE4 code, we simulated the interactions between the created neutrons from under-stressed piezoelectric rocks and the elements of granite plus the elements of fractures’ filling fluids like water, air, methane, and CO₂, to study the mechanism of such reactions and find which new elements might be produced. The results indicate that compound nuclear reactions like fusion/ fission/ inelastic scattering can happen, resulting in the release of energy from the depths of the Earth in the aseismic regions. Furthermore, compound nuclear interactions from the piezoelectric effect can generate carbon (C), oxygen (O), hydrogen (H), and Nitrogen (N) in the granitic rocks’ medium or inside the fracture-filling fluids and trigger the life chain and/or the hydrocarbon chain (oil and gas), inside the Earth’s crust of the aseismic regions. It can also result in the production of CO₂ gas. Moreover, in this process, some new elements like Al, Mg, etc., might also be produced in the texture of granitic rocks. In addition, we have found that the increasing amount of nuclear particles and radioactive elements on the surface could be a sign of an incoming earthquake.  Besides, neutron capturing might happen between neutrons and the hydrogen nuclei of the underground water, causing the production of deuterium. As a result, an increase in the amount of stable deuterium in the water around the aseismic regions can be a precursor of earthquakes.

کلیدواژه‌ها [English]

• PACE4
• particles’ radiation
• neutron
• granite rocks
• piezoelectricity
• earthquake