Диссертация (1149454), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Нейтронный монитор регистрируетнейтроны с энергией от сотен МэВ до нескольких Гэв, благодаря вторичным частицам,генерированными и замедленными в теле монитора [88]. В настоящее время, мировая сетьнейтронных мониторов (http://www.nmdb.eu) насчитывает около 50 станций. Измерения сбольшей части мониторов, объединенных в мировую сеть, поступают в единую базу данных идоступны в сети Интернет по адресу (http://www.nmdb.eu/nest/search.php) в режиме реальноговремени [117, 359].
В дополнение к нейтронным мониторам, на ряде крупных станцийустановлены мюонные детекторы, а также мюонные телескопы [68, 157, 248, 256]. Онипредставляют собой сборки из газоразрядных счетчиков или сцинтилляционных детекторов ипредназначены для регистрации мюонной компоненты вторичных космических лучей снескольких направлений (отсчитываемых обычно от вертикали).Особый интерес представляют вариации нейтронного потока во время молниевыхразрядов. Согласно сообщению [197] при интенсивных электрических разрядах через тонкиепроводники, в присутствии дейтерия, были зарегистрированы нейтроны с энергией 2,45 МэВ,которые, как считают авторы, генерировались в дейтерий-дейтерий синтезе.
Отмечая большоесходство между разрядами через тонкие проводники и природными молниями, Либби и Люкенс[122, 123] предположили, что нейтроны генерируются также в молниях, в результате синтеза33дейтерия, содержащегося в водяном паре в атмосфере. Путем масштабирования параметровплазмы, создаваемой в разрядах через тонкие проводники, до тех, которые реализуются вприродных молниях, они предсказали выход ~ 1015нейтронов за разряд молнии. Однако вэксперименте, проведенном Флейшером [184], с использованием трековых детекторов,размещенных вблизи места удара молнии (на высоком сооружении), не удалось надежноустановить, что молниевые разряды генерируют нейтроны. На основании анализа числафоновых треков от космических лучей, накопленных в этих детекторах в течение семи месяцевнаблюдений, Флейшер оценил верхний предел в 2,51010 нейтронов за разряд молнии.Первое экспериментальное обнаружение нейтронов, генерированных молнией, былосделано индийскими физиками в 1983 году [184].
Аналогичные результаты были полученыэтим коллективом позже [185]. Тепловые нейтроны в этом эксперименте регистрировались навысокогорной установке Гульмарг (Gulmarg) (2743 м над уровнем моря, широта 34.07N,долгота 74.42E) посредством бессвинцового детектора, состоящего из 21 счетчика нейтронов снаполнением BF3. По расчетам авторов установка позволяла регистрировать нейтроны сэффективностью ~ 3%.
Данные исправлялись с учетом барометрического коэффициента подавлению. В непосредственной близости от монитора была установлена штыревая антенна,чувствительная к быстрым вариациям электрического поля, связанных с ударом молнии.Сигнал, после соответствующего усиления и амплитудной дискриминации, запускалрегистрацию. Подсчитывалось время задержки каждого импульса в нейтронном детектореотносительно момента запуска сигналом электромагнитного поля. Полезное время работыустановки составляло 320 микросекунд от начала запускающего импульса. Время прибытиянейтронов, использовалось для вычисления расстояния до удара молнии, в предположении, чтоони распространяются прямолинейно. Установка позволяла регистрировать максимум 396нейтронов за один запуск. «Мертвое время» установки составляло 400 мс. Авторы обращаютвнимание на тот факт, что общее время работы счетчика составляет 320 мкс, что являетсябольшим по сравнению с длительностью типичного разряда молнии в 50-мкс, и мало посравнению со средним временем между отдельными разрядами молнии в 40 мс [256].
Фономкосмических лучей в этот промежуток времени можно пренебречь, и таким образом, можноотслеживать нейтроны от отдельных ударов молнии с высоким отношением сигнал-шум.В период работы установки с мая 1980 года по март 1983 было зарегистрировано 11200запусков от молнии.
В интервале 320 мкс (рабочее время установки) после запуска былозафиксировано: 10818 событий с одним нейтроном, 250 событий с двумя, 40 событий с тремя и84 события с числом нейтронов больше трех. События с один нейтроном авторы считалифоновыми и никак не связанными с молниевыми разрядами. Зарегистрировано 59 и 39 событийс количеством нейтронов > 6 и > 9 , соответственно, и один с максимальным количеством 6034нейтронов. На рисунке 1.11 из работы [184] показано распределение времени запаздываниянейтронов для 124 событий, имеющих более трех нейтронов, зарегистрированных в интервале320микросекунд.Временазапаздываниянейтронов,зарегистрированныхсчетчикомотносительно запускающего электромагнитного импульса молнии, находятся в интервале 10мкс ÷ 0.1с.Большие времена запаздывания авторы объясняют несколькими причинами:- генерация нейтронов и запуск установки производился разными молниями, либоповторными разрядами молнии;- нейтроны могли генерироваться в реакциях 12N(2H,n)13C и 14N(2H,n)15O, порождающихменее энергичные нейтроны в сравнении с реакцией 2Н(2H,n)3He;- нейтроны, какое-то время блуждают в атмосфере, прежде чем попадают в детектор.В комплексном эксперименте по исследованию вариаций интенсивности вторичнойкомпоненты космических лучей в грозовой атмосфере, проводимом на Тянь-Шанcкойвысокогорной (3340 м над уровнем моря) научной станции (ТШВНС), зарегистрированывариации нейтронов [298, 299] в момент прохождения грозового облака.Рисунок 1.11.
Распределение времени задержки нейтронов для 124 событий, имеющихболее трех нейтронов в событии. Цифрами дано количество нейтронов в событии.Рисунок из работы [184]По результатам измерений за пять лет было достоверно установлено, что длительноевозрастание напряженности электрического поля на величину более –20 кВ/м вызываетзначимое увеличение скорости счета нейтронного монитора на 1,5-2% от среднего уровня вданных минутного разрешения.
По мнению авторов, в чувствительности данных нейтронного35монитора к изменениям напряженности электрического поля играют роль отрицательныенизкоэнергичные мюоны, которые под действием электрических полей грозового облака могуттормозиться либо ускоряться. Мюоны, попадая в нейтронный монитор, захватываются ядрамисвинца, образуя мезоатомы с последующей генерацией нейтронов.Результаты экспериментального исследования отклика в данных нейтронного мониторана воздействие атмосферного электрического поля приводятся в сообщении [237].
Измеренияпроводились на многофункциональном комплексе «Гроза» (ТШВНС), в состав которого входилстандартный нейтронный монитор 16-NM-64, детектор обратного молниевого разряда иэлектростатический флюксметр. Было обнаружено, что при увеличении напряженности полябольше +40 кВ/м уменьшение скорости счета нейтронов с кратностью m = 3, 4-5, 6-7 составляет1,1; 1,0; и 0,4 % соответственно. В высокоэнергичной (с кратностью выше 6) компонентенейтронного потока эффект не обнаружен.Группой Гуревича [82] были зарегистрированы мощные потоки тепловых нейтронов ватмосфере во время ближних гроз на ТШВНС в эксперименте 2010 года.
Анализировалисьданные с четырех нейтронных детекторов. Тепловые нейтроны с энергиями в диапазоне от0.001 эВ до 10 кэВ регистрировались тремя детекторами на гелиевых нейтронных счетчиках.Один из детекторов был размещен в подвальном помещении установки, второй располагался вздании нейтронного монитора, третий установлен вне помещения на площадке вблизи зданиянейтронного монитора. Нейтроны с энергиями от 3 МэВ и выше регистрировалисьстандартным нейтронным монитором 18-NM-64 на газоразрядных нейтронных счетчиках СНМ15.
Для наблюдения вариаций электрического поля грозового происхождения использовалсяэлектростатический флюксметр. Анализ данных, полученных с четырех детекторов, показал,что наиболее сильное возрастание потока нейтронов во время ближних гроз наблюдается вдетекторе, установленном вне помещения. Величина всплесков тепловых нейтронов достигаетот 11 до 63 над фоновым уровнем. Наименьшее проявление грозовой активности обнаруженов данных стандартного нейтронного монитора 18-NM-64.В работе [230, 258] показано влияние температуры и влажности атмосферы (поизмерениям в приземном слое) на темп счета тепловых нейтронов за длительный периодвремени.
Регистрация тепловых нейтронов производилась с помощью сцинтилляционныхдетекторов. Обнаруженные всплески нейтронов («нейтронные вспышки») авторы связывают спопаданием на установку широких атмосферных ливней (ШАЛ) [194, 195, 196, 341].На детекторах, установленных на уровне моря, также неоднократно регистрировалисьвсплески нейтронов во время молниевых разрядов [188, 203, 282, 291, 337].Кужевским [291] были описаны наблюдения возрастания потока нейтронов во времягрозы, зарегистрированных на установке ДЯИЗА (детектор ядерного излучения Земли и36атмосферы) НИИЯФ МГУ [292].
Величина всплеска нейтронного потока возрастала более чем всто раз [291] в секундном разрешении данных. Так как установка изначально непредусматривалась для регистрации нейтронов от молнии, фиксация всплеска нейтронов смоментом молниевого разряда осуществлялась визуально.Корреляциявсплесковнейтроновсмолниевымиразрядамипредставленавэкспериментальной работе индийских исследователей [188]. Измерения проводились на уровнеморя в Мумбаи (Mumbai). Для запуска установки был использован оптический методрегистрации разрядов ближних молний. Детектор нейтронов состоял из 16-ти стандартныхборных счетчиков c BF3 наполнением, помещенных в полиэтилен. В работе показано схорошей достоверностью (4,8 над фоновым уровнем) увеличение скорости счета нейтронногомонитора во время молниевых разрядов.
Авторы оценили величину количества нейтронов впределах 108 -109 за один разряд молнии.Как отмечено в работе [291], в силу экспоненциального уменьшения плотностиатмосферы с высотой, нейтроны могут распространяться из области генерации на большиевысоты, выходя даже за пределы атмосферы. В работе [76] показано, что существуетвозможность наблюдения нейтронов от гроз на борту космических аппаратов.Результаты численного моделирования генерации нейтронов и их распространения ватмосфере [139], а также теоретический анализ [77], показывают принципиальную возможностьнаблюдения нейтронов, рожденных молниевыми разрядами, на высотах до 450 км [59].Результаты измерений нейтронного потока, проведенные на борту космической станции«Салют-6» [358], «МИР» [24, 129, 186] и на микроспутнике «колибри-2000» [59] показалиусиление нейтронного потока на высотах полета космических аппаратов в корреляции сгрозовой активностью.Схожие результаты были получены в эксперимент «СКАФАНДР» [324].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
