Диссертация (1149454), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Скафандр,выработавший ресурс, оснащался детекторами тепловых нейтронов, затем отстреливался отМеждународной космической станции и до момента схода с орбиты существовал какавтономный детектор [60].С 2007 года и по настоящее время на борту российского сегмента международнойкосмическойстанции(МКС)проводитсяэксперимент«БТН-Нейтрон»[350].Цельэксперимента заключается в исследовании нейтронного излучения верхней атмосферы Земли вдиапазоне от тепловых энергий до энергий выше 10 МэВ и гамма-лучей, а также изучениенейтронной компоненты солнечных вспышек. К настоящему времени, по результатамэксперимента построены карты распределения потоков нейтронов для разных энергий наорбите МКС, которые свидетельствуют о том, что поток нейтронов на станции значительноварьируется в зависимости от её географического положения [349, 350].371.4 Генерация нейтронов в грозовой атмосфереФизический механизм, отвечающий за генерации нейтронов в грозовой атмосфере, доконца не установлен.
В настоящее время предложено несколько теорий, объясняющихпоявление таких нейтронов в атмосфере.Теория метеорологических эффектов в космических лучах, развиваемая Дорманом [47,48, 49, 50, 52, 53, 56, 57] на протяжении нескольких десятилетий, предсказывает изменениеинтенсивности мюонной [54, 56] и нейтронной [54, 55] компонент вторичных космическихлучей под влиянием электрических полей грозовой атмосферы. Теория Дормана объясняетвариации скорости счета нейтронного монитора в грозовой атмосфере вкладом в скорость счетанейтронного монитора вариаций низкоэнергичных (мягких) отрицательных мюонов, которыемогут захватываться ядрами свинца оболочки нейтронного монитора, образуя мезоатом [56,320] с последующим распадом и генерацией нейтронов.Идея о том, что генерация нейтронов может происходить в молниевом канале вследствиеядерных реакций, была высказана в работах [122, 123, 185, 188, 291].
Кужевским [291] проведенанализ и сделан вывод, что во время грозы имеются необходимые условия для генерациинейтронов в ядерной реакции синтеза дейтерия содержащегося в водяном паре атмосферы [320]согласно схеме:D + D He3 +n (3,268 МэВ)Где: D – дейтерий; He3 – ядро гелия; n – нейтрон.По оценке, сделанной в [291], вследствие реакции должны наблюдаться нейтроны сэнергией 2,45 МэВ в количестве 109-1010 на один разряд молнии.В модели Бабича [243], активно развиваемой автором в работах [11, 245, 246, 294, 295]генерация нейтронов происходит посредством сложного механизма взаимодействия тормозногоизлучения релятивистских «убегающих» электронов (ЛРУЭ) с атмосферой. Подобноевзаимодействие, протекающее в гигантских восходящих атмосферных разрядах (ВАР),развивающихся над грозовыми облаками, сопровождается появлением мощных вспышекгамма-излучения, вследствие чего происходят фотоядерные реакции (,n) с участиематмосферного азота:+N14 N13+nСогласно оценкам [244], количество нейтронов за одну гамма вспышку можетсоставлять 1015, а область генерации нейтронов простираться до высоты 30 км.
В рамкахданной теории автор объясняет большие времена запаздывания нейтронов, отмеченные вэксперименте [184], исключительно временем распространением нейтронов с больших высот,38где происходит их генерация в гигантских восходящих атмосферных разрядах. Теоретическиерасчеты Бабича [243] показывают, что реакции ядерного синтеза дейтерия не могут отвечать загенерацию нейтронов в молнии. Следует добавить, что вспышки гамма- и рентгеновскогоизлучения во время грозы, как физическое явление, на которое опирается теория Бабича,наблюдались неоднократно и описаны во многих работах [2, 28, 61, 89, 145, 159, 199].Теоретический анализ [30, 241, 246] и численное моделирование [62, 242, 314] процессов,происходящих в грозовой атмосфере, показывает, что наиболее вероятным механизмом,отвечающим за генерацию вспышек рентгеновского и гамма-излучения, являются эффекты сучастием «убегающих» электронов в поперечном поле лидера молнии.В работах Гуревича [78, 79, 80] предложена теория «убегающих» электронов (УЭ),предполагающая, что в мощных электрических полях грозовой атмосферы реализуютсяусловия для лавинообразного размножения быстрых электронов с характерной энергией 0,1-10MэВ.
В условиях грозовой атмосферы явление УЭ возникает в постоянном электрическом поле,напряженность которого на порядок меньше напряженности поля обычного пробоя. Влитературе используются также термины ПУЭ (пробой на убегающих электронах ); ЛРУЭ(лавина релятивистских убегающих электронов); «пробой Гуревича». Экспериментальныеисследования [298, 299] и теоретические расчеты [30] последних лет показывают, что теорияУЭ успешно объясняет ряд важных наблюдаемых явлений в атмосфере: гигантские высотныеразряды в ионосферу (TLE (спрайты, джеты, эльфы и др.)) [16, 121, 150], вспышкирентгеновского излучения в атмосфере [95], мощные всплески гамма-излучения (TGF) [2, 35,204] появление нейтронов [185] и др.
Необходимое условие возникновения УЭ — наличие ватмосфере высокоэнергичных затравочных частиц. Ими являются электроны вторичныхкосмических лучей [81]. Таким образом, наблюдаемые эффекты отражают тесную взаимнуюсвязь между электродинамическими процессами в грозовой атмосфере и космическими лучами.1.5 ВыводыПредложенная Вильсоном в 1923 году теория «шарового конденсатора» для объяснениянаблюдаемого атмосферного электрического поля оказалась на редкость жизнеспособной. И,несмотря на то, что она не смогла объяснить всех наблюдаемых явлений атмосферногоэлектричества, она стала, своего рода зародышем, из которого постепенно, усложняясь иэволюционируя, развилась современная концепция Глобальной электрической цепи (ГЭЦ).Концепция ГЭЦ в настоящее время непрерывно дополняется материалами экспериментальныхи теоретических исследований и служит основой для современных теорий атмосферногоэлектричества.39По результатам многочисленных экспериментальных исследований было выяснено, чтосуточные вариации атмосферного электрического поля в условиях хорошей погодыиспытывают изменения, происходящие во всех точках земного шара одновременно - такназываемая унитарная вариация.
Синхронные изменения наблюдаются как в суточном, так и вгодовом ходе. Суточные вариации электрического поля в условиях «хорошей» погоды имеютвид простой волны с максимумом в 19 часов мирового времени (по Гринвичу) и минимумом в 3часа мирового времени. Подобные вариации отмечаются в полярных областях, над океанами ив некоторых континентальных областях.
В подавляющем большинстве наземных пунктовнаблюдения максимумы и минимумы в суточном ходе напряженности электрического полязависят от местного времениНапряженность атмосферного электрического поля может испытывать значительныеколебания. При осадках, и особенно грозах, напряженность поля может менять свой знак ивеличину до 10-100 кВ/м и имеет тенденцию к медленным (десятки минут - часы) и быстрым(секунды) изменениям (особенно в момент молниевых разрядов).Грозовые разряды, переносящие из облака к земной поверхности положительные заряды,в последние годы привлекают внимание в связи с тем, что вслед за ними часто происходятгрозовые разряды в мезосферу (ионосферу), проявляющиеся в красном и синем свечении набольших высотах («спрайты», «джеты»). Таким образом, положительные разряды играютважную роль в глобальной электрической цепи.
Так как грозовая активность зависит отгеографических особенностей местности, то и распределение положительных грозовыхразрядов должно отражать соответствующие особенности региона наблюдений.По результатам наблюдений с помощью нейтронных мониторов в 1983 году былообнаружено новое явление - усиление потока нейтронов в атмосфере в момент молниевыхразрядов. В наши дни это явление продолжают регистрировать современные наземныеустановки в горах, на уровне моря и на борту космических аппаратов. Однако, несмотря надостаточно большое число экспериментальных и теоретических работ, природа данногоявления окончательно не установлена.40ГЛАВА 2.
АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙВ данной главе приводится описание комплекса приборов, по данным которых выполненадиссертационная работа. Приборы установлены на стационарных полигонах ИКФИА СО РАН(рисунок 2.1):Полярная геокосмофизическая обсерватория (Тикси) (71°35' N, 128°46' E);Радиофизический полигон (Якутск) (61°55' N, 129°21'E);Спектрограф космических лучей (Якутск) (61°59' N, 129°41' E);Якутская установка широких атмосферных ливней (ШАЛ) (с.
Октемцы) ( 61°39' N,129°21' E);Пункт наблюдения в Нерюнгри на базе филиала ФТИ СВФУ (56°39' N, 124°43' E);Пункт наблюдения в ИКФИА (Якутск) (62° 1' N, E129°43' E);Приведеныосновныетехническиехарактеристикиприборов,использованныхвэкспедиционных и стационарных условиях для измерения напряженности атмосферногоэлектрического поля, пространственного распределения грозовых разрядов, детекторов мюонови нейтронов вторичного космического излучения. Дано описание электростатическогофлюксметра, разработанного и сконструированного в ИКФИА СО РАН2.1 Однопунктовый грозопеленгатор-дальномерВ настоящее время широко применяются радиотехнические методы определениякоординат молниевых разрядов [288, 336, 342].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
