PROJEKT

Cele projektu

Celem głównym NCBR projektu jest opracowanie i przygotowanie do wdrożenia w okresie od początku 2020 roku do końca 2023 roku nowej, innowacyjnej metody geologii rozpoznawczej pod nazwą Neutrino Geology, zastosowanej do eksploracji surowców energetycznych (ropa naftowa czy gaz ziemny) oraz dużej grupy ważnych surowców krytycznych np. metali ziem rzadkich czy złóż IOCG [tlenki żelaza, miedź, złoto].

Cele szczegółowe projektu:

Etap I Projektu (Rok I)

opracowanie oraz rozwój prototypu 5-kilogramowego detektora cząstek neutralnych oraz jego testy
i kalibracja w warunkach laboratoryjnych (w ramach badań przemysłowych);

Etap II Projektu (Rok II)

opracowanie oraz rozwój prototypu 50-kilogramowego detektora neutronów i neutrin oraz jego testy. Rozpoczęcie budowy 500-kilogramowego detektora neutrin oraz ich testy i kalibracja w reaktorze jądrowym w Świerku (w ramach badań przemysłowych);

Aktualnie wybudowaliśmy detektor 64-kilogramowy i przetestowaliśmy go zimą 2022 w warunkach laboratoryjnych w Świerku. Wybudowaliśmy 3 warianty elektroniki odczytu. Udało się zarejestrować szum elektroniczny (interferencję) 10 razy mniejszy niż w założeniach projektowych. W związku z sytuacją pandemii COVID-19 w Świerku, nastąpiło opóźnienie testów z neutronami o 3 miesiące. Wybudowaliśmy 128 kanałów elektroniki dla 500-kilogramowego detektora neutrin i zgromadziliśmy materiały do jego pełnej konstrukcji.

Etap III Projektu (Rok III)

opracowanie oraz rozwój prototypu modułowego systemu przenośnych detektorów geo-neutrin składającego się z kilku 500-kilogramowych urządzeń współpracujących ze sobą oraz testy i kalibracja wybranych modułów w NCBJ Świerk oraz w warunkach terenowych (w ramach prac rozwojowych).

W związku z redukcją kosztów i zmniejszeniem szumów elektronicznych, udało nam się zaprojektować detektor 2 razy większy i tym samym 2 razy szybszy niż w założeniach projektowych. Większość urządzeń elektronicznych oraz system pozyskiwania danych zostały już wybudowane.

Istota rozwiązania Neutrino Geology polega na tworzeniu przy użyciu mobilnych detektorów, trójwymiarowego obrazu górnej warstwy skorupy Ziemi w oparciu o analizę strumienia geo-neutrin emitowanych podczas rozpadu promieniotwórczego beta zachodzącego w znajdujących się w skorupie ziemskiej izotopach promieniotwórczych.

W skorupie istnieje ok. 20 długożyjących izotopów promieniotwórczych z rozpadem beta, ale najważniejsze z nich są cztery: 40K, 235Uran (U), 238Uran (U) i 232Tor (Th). Górna skorupa ziemska cechuje się ich zróżnicowaną zawartością i większość struktur geologicznych, z których wydobywane są surowce mineralne, wyróżnia się podwyższoną zawartością U/Th. Przykładowo, wysoki poziom U/Th koreluje z wyższym parametrem TOC (ang. Total Organic Carbon) i dzięki zidentyfikowanej korelacji między poziomem U/Th a TOC można z dużym prawdopodobieństwem oszacować czy w danym miejscu znajdują się złoża ropy naftowej lub gazu ziemnego. Dzięki metodzie Neutrino Geology zwiększa się istotnie prawdopodobieństwo sukcesu poszukiwań. W związku z tym, że koszt poszukiwań to głównie wiercenia, Neutrino Geology pozwala na zmniejszenie kosztu uzyskania ropy o 10x.

Współtwórcą technologii jest dr A.K. Drukier, który wraz z prof. L. Stodolskim odkryli możliwość opracowania detektorów ze znacznie zwiększonym (o czynnik 10 tys.) przekrojem czynnym na odziaływanie z neutrinami. Jest to możliwe dzięki procesowi kwantowemu - rozproszeniu koherentnemu, którego zastosowanie pozwoli zmniejszyć masę detektorów z ok. 1000 ton do 1 tony, dzięki czemu detektory będą mobilne.

Mobilne detektory neutrin gwarantują najmniej inwazyjną metodę prowadzenia geologii poszukiwawczej. Nasze urządzenie jest małe, mobilne i łatwe w montażu. Dzięki zastosowaniu naszej metody poszukiwania można prowadzić przy znacznie mniejszym zaangażowaniu ciężkiego sprzętu i ludzi, oszczędzając w ten sposób teren, na którym prowadzone są poszukiwania. Dzięki
precyzyjnym wynikom pomiarów detektora nawet 10-krotnemu zmniejszeniu ulega
również liczba samych odwiertów, które są poważnym zagrożeniem dla wód gruntowych,
oraz lokalnej fauny i flory.

Planowane efekty

Główny rezultat projektu - nowa metoda geologii rozpoznawczej Neutrino Geology – będzie mieć charakter innowacji procesowej i produktowej. Metoda opierać się będzie na systemie mobilnych urządzeń - detektorów geoneutrin, o niespotykanych na rynku parametrach i funkcjonalnościach.

Innowacyjność rezultatów projektu ma wymiar światowy, gdyż nie została do tej pory opracowana metoda poszukiwania złóż oparta na detekcji geoneutrin. Poza tym funkcjonujące na świecie 3 detektory geoneutrin, o masie ok. 1000 ton każdy, nie mogą być używane do aktywnej eksploracji złóż mineralnych, ze względu na swoją ogromną masę i brak mobilności.

Innowacyjność rozwiązania Neutrino Geology przełoży się na znaczące korzyści ekonomiczne dla potencjalnych klientów tj. krajowych i zagranicznych firm poszukujących złóż mineralnych. Opracowana metoda pozwoli:

◦ co najmniej 4-krotnie zmniejszyć okres prac poszukiwawczych i rozpoznawczych,

◦ co najmniej 5-krotnie obniżyć koszt prac poszukiwawczych i rozpoznawczych.

Jej wdrożenie będzie mieć istotny wpływ na rynek eksploracji złóż.

Neutrino Geology docelowo będzie mieć zastosowanie zarówno do poszukiwań złóż na lądzie jak i pod wodą. W ramach Projektu planuje się w pełni przygotować technologię do komercjalizacji w zastosowaniu naziemnym (Technology Readiness Level - TRL IX). Opracowanie prototypu wersji podwodnej detektora neutrin będzie umożliwione dzięki funduszom zebranych przez crowdfunding.

Metody Neutrino Geology pozwalają na tanie wykrycie nowych depozytów ziem rzadkich i zmniejszają uzależnienie strategiczne (zależność od Rosji i Chin). Nasza metoda pozwoli na zmniejszenie deficytu wielu krytycznych materiałów. Spodziewane jest, że frakcja energii wytworzonej w reaktorach nuklearnych w latach 2030-2040 zwiększy się z 10% do około 20%. Wywoła to olbrzymi deficyt dostępności uranu/toru, których ceny już dziś bardzo szybko rosną. Nasza metoda pozwala na uproszczone poszukiwanie płytko leżących i łatwiej dostępnych złóż uranu i toru. Ze względów technicznych (większy strumień geo-neutrin), może to być pierwszym produktem Neutrino Geology.

Neutrino Geology będzie miało zastosowanie głównie na etapie poszukiwania złoża, zarówno w przypadku, gdy celem poszukiwań jest odkrycie nowych, wcześniej nieznanych złóż na określonym obszarze, jak też, gdy celem jest dokumentacja/eksploatacja złoża na peryferii lub w sąsiedztwie już znanego złoża.

Neutrino Geology może być także wykorzystywana na etapie rozpoznania złoża, przyczyniając się do znacznego ograniczenia zakresu prac wiertniczych i powodując znaczne zmniejszenie kosztów poszukiwań.

Neutrino Geology będzie mogło być zastosowane w sposób komplementarny wobec innych metod poszukiwania złóż, w szczególności sejsmiki. Przy użyciu Neutrino Geology będzie można wzbogacić mapy sejsmograficzne o dodatkowe informacje związane m.in. z zawartością elementów, których złoża korelują się z zawartością U, Th w skorupie ziemskiej.

Wartość projektu

Wkład Funduszy Europejskich

Więcej o projekcie

Istota Neutrino Geologii

Neutrino Geologia polega na tworzeniu trójwymiarowego obrazu wybranych obszarów górnej warstwy skorupy Ziemi w oparciu o analizę strumienia neutrin emitowanych podczas rozpadu promieniotwórczego beta.
Przy rozpadzie promieniotwórczym beta, rozpadające się jądra emitują elektrony i neutrina.
Elektron jest stosunkowo łatwy do wykrycia, lecz ma niewielki zasięg (poniżej jednego metra).
Neutrina bardzo słabo oddziałują z materią, dzięki czemu mają olbrzymi zasięg, lecz jednocześnie są one trudne do bezpośredniego zarejestrowania.
Neutrino Geologia stanie się praktycznie możliwa dzięki stworzeniu przenośnych detektorów, które opracowuje Neutrino Geology, w oparciu o patenty A.K.Drukiera, który od wielu lat należy do czołowych w świecie specjalistów w zakresie detekcji neutrin.

KORELACJA MIĘDZY źródłami emisji neutrin w skorupie ziemi

i komercyjnie istotnymi zasobami surowców

Koncentracja w skorupie Ziemi izotopów emitujących neutrina jest silnie skorelowana z koncentracją surowców mineralnych, mających znaczenie gospodarcze. Dzięki temu oraz dzięki lokalizacji źródeł emisji neutrin, można wykryć 18 z około 20 najważniejszych z punktu widzenia komercyjnego struktur geologicz-nych (dostarczających 80 procent wartości wydobywanych z Ziemi surowców).

Zdolność pomiarowa

detektorów pierwszej generacji

W oparciu o posiadane zgłoszenia patentowe, Neutrino Geology prowadziło prace nad rozwojem technologii umożliwiającej pomiar strumieni geo-neutrin w danym punkcie za pomocą umieszczonego tam przez pewien okres czasu przenośnego detektora.
Używając 5-tonowego detektora i stosując 7-dniowy okres pomiaru można dokonać statystycznie istotnego pomiaru pozwalającego wykryć 10 z 20 najważniejszych z punktu widzenia gospodarczego struktur geologicznych. Do wykrycia uranu/toru potrzebujemy zaledwie 1-tonowego detektora i kilku dni. Nowością, którą wprowadzają nasze detektory jest fakt, iż są one stosunkowo małe i przenośne.
Przemieszczając detektory do kolejnych punktów pomiarowych można zbudować trójwymiarową mapę koncentracji źródeł emisji geo-neutrin, o rozdzielczości przestrzennej zbliżonej do odległości między najbliższymi punktami pomiarowymi.