 |
Наземный эксперимент по изучению временных вариаций потоков тепловых и быстрых нейтронов
Об авторах
-
Панасюк Михаил Игоревич, директор
Научно-исследовательского
института ядерной физики им. Д. В. Скобельцына МГУ (НИИЯФ МГУ),
доктор
физ.-мат. наук, профессор
e-mail: panasyuk@srd.sinp.msu.ru
тел: 939-18-18 -
Янке Виктор Гугович, заведующий отделом космических
лучей
Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн
им.
Пушкова РАН (ИЗМИРАН) кандидат физ.-мат. наук,
e-mail: yanke@ismiran.ru
тел: 334-09-25 -
Шестопалов Игорь Павлович, ведущий научный сотрудник,
кандидат физ.-мат. наук,
e-mail: shest2@rol.ru,
тел: (095) 193-74-17 (с);
Научные задачи
Экспериментальная установка направлена на изучение:
1. Временных вариаций и определение направления прихода (от Земли . к Земле) потоков тепловых и быстрых нейтронов.
2. Изучение спектральных характеристик нейтронов, регистрируемых на поверхности Земли.
3. Определение природы (солнечного, земного или др. происхождения) и механизмы генерации нейтронного излучения.
Краткий обзор по данной тематике:
Известно, что изменение уровня солнечной активности вызывает цепочку взаимосвязанных явлений в межпланетном пространстве, магнитосфере, ионосфере, нейтральной атмосфере, биосфере. Влияние солнечной активности на живую и неживую природу Земли можно схематически представить следующим образом: возмущение на Солнце (мощная вспышка) . межпланетной среды (увеличение концентрации и скорости солнечного ветра, изменение параметров магнитного поля) . магнитосферы и плазмосферы (магнитная буря) . изменения потоков космических лучей в окрестности Земли и на Земле, характера циркуляции в атмосфере, приводящие к изменениям погоды и других природных явлений, напряженности и спектра электромагнитных полей на поверхности Земли . сдвиги в физиологических показателях организма.
Очевидно, что сейсмическая активность на Земле зависит, главным образом, от геодинамических процессов в коре и физико-химических . в мантии. Однако существует и корреляция сейсмической активности с солнечной, проявляющейся в солнечных вспышках и геомагнитных возмущениях. В связи с этим на Земле и в ее окрестностях могут активизироваться процессы, присущие самой Земле. Например, после некоторых геоэффективных геомагнитных бурь возможно перераспределение электрических токов внутри Земли, что может приводить к изменению уровня сейсмической активности. (см. публикации: 1.Соболев Г. А., Шестопалов И. П., Харин Е. П. Геоэффективные солнечные вспышки и сейсмическая активность Земли // Физика Земли. 1998. . 7. С. 85-89. 2. Шестопалов И.П., Рогожин Ю.А. Корреляция между микробиологической и сейсмической активностью с учетом взаимосвязей .Солнце-Земля. и генерации нейтронных потоков.// Авиакосмическая и экологическая медицина. 2005. Т. 39. . 3.С.20-26. 3. Шестопалов И. П., Харин Е. П. Изменчивость во времени связей сейсмичности Земли с циклами солнечной активности различной длительности. // Геофизический журнал. 2006. Т. 28. .4. С.59-70.).
В основе этих работ лежат следующие положения:
а) Солнце, межпланетная среда, магнитосфера, ионосфера, атмосфера Земли, другие геосферы и сама Земля с происходящими в ней процессами, приводящими к землетрясениям, представляют собой единую физическую систему, т. е. сейсмические явления . часть единого физического процесса в системе "Солнце . Земля";
б) процессы в системе .Солнце . Земля. взаимосвязаны, от состояния каждого из составляющих этой системы зависят физические, биологические и другие процессы;
в) сейсмические явления определяются процессами как земного, так и солнечного происхождения.
Известно, что нейтроны в атмосфере возникают в результате взаимодействия первичного космического излучения с ядрами атомов воздуха. Под действием космического излучения в атмосфере Земли образуются нейтроны в широком диапазоне энергий: от тепловых до энергий первичных космических частиц. Другой источник генерации нейтронов Солнце. Образование нейтронов может происходить во время солнечных вспышек при взаимодействии ускоренных частиц с различными ядрами солнечной атмосферы.
В исследованиях последних лет показано, что источником нейтронов может быть и сейсмическая активность Земли. В экспериментах, проводившихся на спутниках и одновременно на Земле, обнаружено, что вариации космических лучей, регистрируемые нейтронными мониторами на Земле во время возмущений в межпланетной среде, определяются не только процессами на Солнце, но и внутриземными процессами во время землетрясений. Таким образом, нейтронные мониторы на Земле регистрируют частицы не только космического, солнечного, но и земного происхождения. Энергетический спектр этих нейтронов охватывает диапазон: от тепловых до быстрых. Показано, что существует достаточно высокая корреляция между сейсмической энергией и потоками нейтронов. Вывод о нейтронах земного происхождения подтверждается в отдельных экспериментальных наблюдениях, проведенных в нашей стране и за рубежом.
В исследованиях, проводившихся в течение ряда лет на шарах-зондах в атмосфере Земли, была обнаружена анизотропия потоков тепловых нейтронов (см: Кужевский Б. М., Нечаев О. Ю., Шаврин П. И. Анизотропия тепловых нейтронов в атмосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1995. 32, . 2. С. 166-170.)
Оказалось, что на высотах вплоть до 3.5 км поток нейтронов, направленный от Земли, существенно превышал поток к Земле (среднее значение анизотропии для этих высот составляло 0,6 . 0,2). При этом наблюдалась очень слабая высотная зависимость потоков нейтронов. На больших высотах вплоть до 10.15 км анизотропия сохранялась, хотя и с меньшими значениями. Очевидно, поток тепловых нейтронов, направленных вверх, может содержать не только вторичные нейтроны атмосферного происхождения, но и тепловые нейтроны земного происхождения. Эти факты указывают на то, что вблизи земной поверхности существует поле тепловых нейтронов, величина которого определяется сейсмической активностью Земли.
Т. е. метод мониторинга нейтронов земного происхождения в потенциально сейсмически опасных регионах можно использовать для предупреждения сейсмических катастроф.
Предлагаемый эксперимент направлен на экспериментальное определение природы нейтронного излучения, величины и направления прихода потоков нейтронов (от Земли, Солнца или вторичные галактические) и изучение временных вариаций потоков нейтронов солнечного и земного происхождения.
Таким образом, предлагаемое исследование направлено на дальнейшее изучение физических процессов на Солнце и солнечно- земных связей. Оно имеет как фундаментальное, так и важное прикладное значение.
Ключевые публикации по данной тематике:
1. Кужевский Б.М., Петров В.М., Шестопалов И.П. О прогнозировании радиационной обстановки в межпланетном пространстве. // Космические исследования. 1993. Т. 31. .6.С. 89-103. см. подробнее
2. Кужевский Б. М., Нечаев О. Ю., Шаврин П. И. Анизотропия тепловых нейтронов в атмосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 1995. 32, . 2. С. 166-170 см. подробнее.
3. Соболев Г. А., Шестопалов И.П., Харин Е. П. Геоэффективные солнечные вспышки и сейсмическая активность Земли. // Физика Земли . 1998. .7. С. 85-89 см. подробнее
4. Volodichev N. N., Kuzhevskij B. M., Nechaev O. Yu., Panasyuk M. I., Podorol.sky and Shavin P. I. Solar-lunar-terrestrial interactions: Bursts of neutron emission and seismic activity // Inter. J. Geomagnetism and Aeronomy. . 2004. . 4, . 3. . P. 251.154 см. подробнее
5. Шестопалов И.П., Рогожин Ю.А. Устройство для регистрации нейтронного излучения в качестве предвестника землетрясений. Патент на полезную модель .44835 2005 см. подробнее
6.Шестопалов И.П., Рогожин Ю.А. Автоматизированная измерительно-информационная система для прогнозирования землетрясений. Патент на полезную модель .46589, 2005 см. подробнее
7.Шестопалов И.П., Рогожин Ю.А. Патент на изобретение, . 2006 см. подробнее
8. Шестопалов И. П., Харин Е. П. Изменчивость во
времени
связей сейсмичности Земли с циклами солнечной активности различной
длительности. // Геофизический журнал. 2006. Т. 28. .4. С.59-70
Используемая аппаратура:
Комплекс измерительно-регистрирующих устройств состоит из:
1. Экспериментальной установки для регистрации тепловых нейтронов, состоящей из двух плоскостей гелиевых газоразрядных счетчиков, между которыми расположен лист кадмия толщиной 5мм. В каждой плоскости находится 10 счетчиков типа.( длина ~ 1м) (см. рис.1). Для регистрации нейтронов каждый счетчик снабжен усилителем-дискриминатором, блоком регистрации импульсов и памяти (система сбора и обработки информации, ССОИ, см. рис. 2). Такая установка позволяет определить направление прихода нейтронов. Для анализа данных, полученных в эксперименте (определение направления прихода потоков нейтронов), разработано программное обеспечение.
Изготовлено две одинаковые установки, одна из которых размещена на территории НИИЯФ МГУ, вторая - на территории ИЗМИРАН.
2. Экспериментальной установки для регистрации быстрых нейтронов, состоящей из: (см. рис. 2)
1. Двух секций, каждая из которых состоит из 23 гелиевых пропорциональных газоразрядных счетчиков типа ПД 601 (длина ~ 1м), расположенных в два ряда, окруженных полиэтиленовыми плитами толщиной 15 см. Для регистрации нейтронов каждый счетчик снабжен усилителем-дискриминатором, блоком регистрации импульсов и памяти (система сбора и обработки информации, ССОИ). Масса прибора не более 107 кг. Габаритные размеры в мм: 1106x636x242.
Для определения направления прихода потоков нейтронов секции расположены друг на друга и между ними помещают лист кадмия. Для анализа данных, полученных в эксперименте (определение направления прихода потоков нейтронов), разработано программное обеспечение.
2.Бессвинцового нейтронного монитора, аналогичного тем, которые описаны в предыдущем пункте, работающего независимо от них.
Экспериментальная установка для регистрации быстрых нейтронов расположена на территории ИЗМИРАН.
I, II - беcсвинцовые нейтронные мониторы. III . кадмий
IV - Центральное обрабатывающее устройство (ЦОУ).
1 - блок базы данных.
2 . блок определения величин и анизотропии потоков нейтронов.
3 - блок сравнения и анализа величин и анизотропии потоков излучений нейтронов.
4 - блок заключений о происхождении нейтронного излучения.
5 - корпус
6 - газоразрядные е счетчики.
I-1, I-2, II - бессвинцовые нейтронные мониторы, I-3 - кадмий, III - Центральное обрабатывающее устройство (ЦОУ).
1 - блок базы данных.
2 - блок определения величин и анизотропии потоков нейтронов.
3 - блок сравнения и анализа величин и анизотропии потоков излучений нейтронов.
4 - блок заключений о происхождении нейтронного излучения.
5 - корпус
6 - газоразрядные пропорциональные счетчики.
7 - замедлитель (полиэтиленовые плиты).
Developed in 2007. Copyright ї 2007 - 2016 Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics Moscow State University Feedback