Анализ вариаций потока тепловых нейтронов на высоте 1700 м

29-я РККЛ, Москва, 2006
ГЕО 11
Анализ вариаций потока тепловых
нейтронов на высоте 1700 м над
уровнем моря
В.В.Алексеенко*, Д.Д.Джаппуев, В.А.Козяривский,
А.У.Куджаев, В.В.Кузьминов, О.И.Михайлова,
Ю.В.Стенькин.
Институт ядерных исследований РАН, [email protected]
Первая информация о земной коре как о возможном источнике
тепловых нейтронов:
 Kuzhevskij B.M., Nechaev O.Yu., Panasyuk M.I. et al.
 Studies of the distribution of neutral and charged cosmic ray components in
the atmosphere of the Earth. Preprint INP MSU 91-38/242, 1991.

Отсюда и далее авторы в ряде статей
отмечали, что наблюдаемые ими кратковременные возрастания темпа счёта
нейтронов близки во времени или совпадают с фазой новой или полной Луны
(также - ?затмения?). И высказывали предположения о том, что возрастания
обусловлены меняющимся во времени гравитационным воздействием со
стороны Луны и Солнца, которое, в свою очередь, приводит к приливным
деформациям земной коры, модулирующим поток радона -> (α,n) реакция в
грунте -> детектор нейтронов.
2001 год, ИЯИ, Юрий Стенькин,
детектор тепловых нейтронов
Используется реакция:
6Li + n  3Н + α + 4.78 МэВ.
Образующиеся частицы производят
сцинтилляции в ZnS(Ag), которые
регистрируются фотоумножителем
ФЭУ-49.
6LiF+ZnS(Ag)
Темп счёта сцинтилляций ~0.5 / сек.
(0.1)
Накапливаются 5-мин данные день
за днём в течение многих месяцев..
Баксанский эксперимент
 Эксперимент выполняется в
Баксанской Нейтринной Обсерватории,
Cеверный Кавказ, Приэльбрусье, 42о N,
высота ~ 1700 метров над уровнем моря.
 Анализируемые данные накапливались в течение двух
периодов:
2003, декабрь, 01, – 2004, июнь, 23. Всего 206
календарных суток. Имеется разрыв в ряде данных с 19
января по 18 февраля продолжительностью 30 суток.
 2006,февраль, 19, -> продолжается непрерывный набор …
 Баксанские нейтроны и Луна…? …
Суточная волна в солнечном времени
Температурный к-т:
В соответствии с
распределением
Максвела по
скоростям:
F=n·v,
где v~T0.5
Отсюда
(tF/F)/(tT/T)=0.5%/%
Волна =5 %
Темпер. Волна=28о
Барометрический к-т :
Нейтр. Мон.= - 0.95%
У нас = - 0.54%
Только 57% !
43% - нейтроны из
грунта ? ~ 0.2 / сек
Результаты оценочного расчета скорости
генерации нейтронов в грунте.
 В результате оценочного расчета было установлено:

подавляющая часть потока нейтронов (из грунта) образуется α-частицами с
энергией выше 5 Mev на Na, Al, Si.
 Количество рождающихся нейтронов в (α, n)-реакциях в 1 см3 грунта с
плотностью 2.6 г/см3 равно 1.6∙10-6 см-3∙сек-1 от α-частиц из ряда 232Th и
1.5∙10-6 см-3∙сек-1 из ряда 238U. Суммарную объёмную равновесную
скорость генерации нейтронов можно считать равной 3.4∙10-6 нсм-3∙сек-1.
 Выход тепловых и надтепловых нейтронов (также регистрируемых
детектором с вероятностью ~1/v) из грунта был получен в результате монтекарловского расчета. Вероятность выхода нейтронов через площадку s=1 м2
при равномерном их рождении в слое d=10 м оказалась равной 0.042.
Отсюда получаем «светимость грунта» <n>=sd 1.4 н/м2/сек.
 Т. о., детектор площадью 0.7 кв. м. и с эффективностью регистрации ~20%,
стоящий на земле будет считать, ~0.2 н/сек от грунта, что, составляет ~ 40%
от наблюдаемого темпа счёта. Эта величина прекрасно согласуется с
приведенной выше оценкой вклада «грунтовых» нейтронов, сделанной по
барометрическому коэффициенту.
Лунно-суточная волна потока тепловых нейтронов





Известны приливные
волны в:
атмосфере
океане
земной коре

Лунные сутки = 24.8 час
 Р приливная волна=0.06 mm Hg
 n приливная волна ~ 0.5 %
8 st.dev.
 n волна существует
Итак,
наблюдается нейтронная лунно-суточная
приливная волна :: радон, как естественный
источник вариации.
Пора, наконец, показать как же вел
себя темп счёта нейтронов в 2003-04
от суток к суткам
Baksan neutron Counting Rate / day, December 2003 - June 2004 year
24000
CR0 / day
21000
18000
CR0 : initial data
15000
day of month
12000
32
0
30
45
60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
24
16
8
Jan04
Dec03
0
0
% variation of CR
15
30
20
10
0
-10
-20
15
30
45
Mar04
Feb04
60
75
90
Apr04
May04
Jun04
105 120 135 150 165 180 195
Counting Rate
after Pressure, Temperature and trend corrections
0
15
30
45
60
75
90
105 120 135 150 165 180 195
day of 2003-04 year run
c:\neutron\fit-temp\
neutron-1.opj
27.04.2006 09:32:26
C.J.Hatton. The neutron monitor. In “Progress in elementary particles and cosmic ray
physics”, vol. X, 1971.
Прежде, чем перейти к лунно-месячной
периодичности,
три слова о периодах обращения Луны вокруг
Земли…
Как Луна вращается вокруг земли
три основных периода вращения вокруг Земли :
1: аномалистический 27.55 суток (360 000 – 400 000 км)
2: драконический 27.21 (плоскость орбиты относительно эклиптики)
3: синодический 29.53 (от полнолуния до полнолуния : здесь замешано Солнце)
Первое указание на наличие лунно-месячной периодичности
Äåêàáðü 2003 - Àï ðåëü 2004 (150 äí åé)
Фурье амплитуда, %
2,5
2,0
1,5
1,0
1sigma level
0,5
0,0
7
14
21
28
период, день
35
Сглаженное за семь суток поведение темпа счёта тепловых нейтронов
6
Tn 3
CR 0
% -3
-6
А
2003-04 год
0
R = + 0.80
28
56
84
день
140 текущий
c 01/12/2003
112
2
Tn
CR 0
% -2
-4
6
Tn 3
CR 0
% -3
-6
В
R = + 0.87
2006 год
784
812
840
868
896
прогноз
R = + 0.79
56
С
2006 год
2004 год
84
112 784
812
840
текущий день с начала 2004 года
868
896
Сейчас уже совсем просто прийти к мысли, что можно попытаться
сконструировать математическую модель гравитационного влияния
Луны и Солнца на процесс эмиссии радона из Земной коры.
 ADS-модель , t = в днях
Ma(t) = COS (a * t + fa)
Md(t)
 = COS (d * t + fd)
Ms(t) = COS (s * t + fs)
/Radius,
Anom 27.55 day
/Ecliptic,
Draco 27.21
/FullMoon, Sinod 29.53
Mr(t) = 1 + Aa *3 * exm * (Ma(t) + ka * COS (2 * a * t + fa2)
My(t) = 1 + Ac * COS (с * t + fc)
Mdy(t) = 1 + Md(t) * My(t)
/Ecliptic,
Solar
365 day
Mrdy(t) = Mr(t) * Mdy(t)
Mf(t) = 1 + As * (Ms(t) + ks * COS (2 * s * t + fs2))
Rn(t) = Amp * Mrdy(t) * Mf(t)
< -- resulting red curve at previous graph
Сглаженное за семь суток поведение темпа счёта тепловых нейтронов
6
Tn 3
CR 0
% -3
-6
А
2003-04 год
0
R = + 0.80
28
56
84
день
140 текущий
c 01/12/2003
112
2
Tn
CR 0
% -2
-4
6
Tn 3
CR 0
% -3
-6
В
R = + 0.87
2006 год
784
812
840
868
896
прогноз
R = + 0.79
56
С
2006 год
2004 год
84
112 784
812
840
текущий день с начала 2004 года
868
896
Вариации потока нейтронов и сейсмическая активность
Comparison of thermal neutron flux with Seismic activity.
01 Dec 2003 - 31 Jun 2004
thermal neutron CR %
20
16
12
8
4
% 0
-4
-8
-12
blue curve : (
0
30
59
CR - model fit )
89
118
148
177
207
148
177
207
no neutron data : 1) after 207 day
2)
50 - 80 days
16
12
8
4
0
-4
-8
-12
red wave - model fit
0
30
59
89
118
30
2May[ 7 EQ]
25
sum 20
EQs 15
Mag 10
8Feb[ 5 EQ]
5
0
0
30
59
89
118
148
177
207
day of Run
EQ-Cauc3.opj
04.07.2006 11:51:26
3
59 EQ with Mag>=3.5
Time
and Space distributions.
period : 01 Dec 2003 - 31 Jun 2004.
12
9
month
6
3
0
day
in
month
15
3 EQs
5
10
0
30
59
89
118
148
177
207 day
0
30
59
89
118
148
177
207 day
32
24
16
8
0
8Dc
full Moon
28
sum 21
EQs 14
Mag
7
0
7Fb
7Ja
4My
5Ap
6Mr
2Jn
2May[7]
8Feb[5]
0
45
30
59
1Fb
1Jn
89
118
148
177
207 day
20Dc
14Ja
44
Lattitude, deg
6
18
May04
Mar04
Jan04
Dec03
2
25My
[18]
43
BNO
42
4Fb
2May[7]
5Ja
41
8Feb[5]
40
36
38
40
42
44
Longitude, deg
46
48
EQ-Cauc2.opj
01.07.2006 15:46:06
50
2
Заключение
 1. Впервые получено экспериментальное подтверждение
существования вариаций фонового потока тепловых нейтронов,
связанных с лунными периодами (приливные волны).
 2. Выполнен оценочный расчёт скорости генерации нейтронов в
верхнем слое грунта, количественно подтверждающий полученный
экспериментальный результат.
 3. Разработана модель, описывающая наблюдаемые вариации темпа
счёта тепловых нейтронов как следствие меняющегося во времени
гравитационного влияния Луны и Солнца.
 4. Предложен и обоснован принципиально новый метод регистрации
вариаций концентрации радона в верхнем слое земной коры,
основанный на детектировании тепловых нейтронов от (α,n) реакций.
 5. Метод регистрации может быть применён в прикладных
геофизических исследованиях, связанных с использованием
информации о концентрации тепловых нейтронов и радона :
радоновый и/или нейтронный мониторинг окружающей среды,
CORRELATION of RADON FLUX vs MOON PHASE
ScS, L’Aquila, Italia
59 EQuakes,
7 EQuakes, 02 May
10
number of EQ
Mag's distribution and periodograms
total = 59 EQuakes
8
6
4
12My
2
15My
0
relative unit
0,25
0,20
33
36
39
EQuake
periodogram
42
45
EQ Mag*10
half a Moon month
0,15
0,10
0,05
0,00
7
Ampl, %
2,5
14
21
35 day, period
28
neutron
periodogram
2,0
1,5
1,0
0,5
1 sig level
0,0
7
14
21
28
35
period, days
EQ-Cauc4.opj
04.07.2006 12:52:35
4