Первая информация о земной коре как о возможном источнике тепловых нейтронов:

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

6LiF+ZnS(Ag)

Используется реакция: 6Li + n 3Н + α + 4.78 МэВ.

Образующиеся частицы производят сцинтилляции в ZnS(Ag), которые регистрируются фотоумножителем ФЭУ-49.

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 времениТемпературный 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 монте-карловского 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

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195

-20

-10

0

10

20

30Counting Rateafter Pressure, Temperature and trend corrections

day of 2003-04 year runc:\neutron\fit-temp\neutron-1.opj27.04.2006 09:32:26

% v

aria

tion

of

CR

da

y o

f m

on

th

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 1950

8

16

24

32

Baksan neutron Counting Rate / day, December 2003 - June 2004 year

Jun04May04Apr04Mar04Feb04Jan04Dec03

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195

12000

15000

18000

21000

24000

CR0 : initial data

CR

0 /

da

y

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

7 14 21 28 350,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Äåêàáðü 2003 - Àï ðåëü 2004 (150 äí åé)

1sigma level

Фур

ье а

мп

ли

туд

а, %

период, день

Сглаженное за семь суток поведение темпа счёта тепловых нейтронов

56 84 112 784 812 840 868 896-6

-3

0

3

6 прогноз

2006 год2004 год

R = + 0.79

784 812 840 868 896-4

-2

0

2

R = + 0.87В

А

2006 год

С

0 28 56 84 112 140

-6-3036

текущий деньc 01/12/2003

TnCR%

TnCR% R = + 0.802003-04 год

TnCR%

текущий день с начала 2004 года

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) /Radius, Anom 27.55 dayMd(t) = COS (d * t + fd) /Ecliptic, Draco 27.21Ms(t) = COS (s * t + fs) /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) /Ecliptic, Solar 365 dayMdy(t) = 1 + Md(t) * My(t)

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

56 84 112 784 812 840 868 896-6

-3

0

3

6 прогноз

2006 год2004 год

R = + 0.79

784 812 840 868 896-4

-2

0

2

R = + 0.87В

А

2006 год

С

0 28 56 84 112 140

-6-3036

текущий деньc 01/12/2003

TnCR%

TnCR% R = + 0.802003-04 год

TnCR%

текущий день с начала 2004 года

0 30 59 89 118 148 177 2070

5

10

15

20

25

30

8Feb[ 5 EQ]

2May[ 7 EQ]

day of Run

0 30 59 89 118 148 177 207-12

-8-4048

1216

red wave - model fit

no neutron data : 1) after 207 day 2) 50 - 80 days

Comparison of thermal neutron flux with Seismic activity. 01 Dec 2003 - 31 Jun 2004

EQ-Cauc3.opj04.07.2006 11:51:26

sum EQs Mag

the

rm

al n

eu

tro

n C

R %

0 30 59 89 118 148 177 207-12

-8-4048

121620

3

blue curve : ( CR - model fit )

%

Вариации потока нейтронов и сейсмическая активность

36 38 40 42 44 46 48 50

40

41

42

43

44

45

[18]

5Ja

1Fb1Jn

4Fb

20Dc

25My

14Ja

8Feb[5]

2May[7]

BNO

Lattitude, deg

Longitude, deg

0 30 59 89 118 148 177 2070

7

14

21

28full Moon

2Jn4My5Ap6Mr7Fb7Ja8Dc

8Feb[5]

2May[7]

0 30 59 89 118 148 177 20708

162432

2

59 EQ with Mag>=3.5 Time and Space distributions. period : 01 Dec 2003 - 31 Jun 2004.

EQ-Cauc2.opj01.07.2006 15:46:06

0 30 59 89 118 148 177 2070369

12

day

day

day

6182510153 EQsMay04Mar04

Jan04Dec03

sumEQsMag

month

dayinmonth

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

7 14 21 28 350,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

1 sig level

neutron periodogram

EQ-Cauc4.opj04.07.2006 12:52:35

Am

pl, %

period, days

7 14 21 28 350,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

half a Moon month

day, period

EQuakeperiodogram

33 36 39 42 450

2

4

6

8

10

rela

tive u

nit

4

59 EQuakes, Mag's distribution and periodograms

15My

12My

7 EQuakes, 02 May

total = 59 EQuakes

EQ Mag*10

nu

mber o

f E

Q