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, vicalek@rambler.ru 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 нсм-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