Установка УТН-ЛП для обнаружения и регистрации тепловых нейтронов литосферного происхождения

(51) 01 3/02 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ и может быть использовано при исследовании физических свойств и динамики земной коры. Технический результат при использовании изобретения- повышение информативности,получение новой информации, а именно о вариациях тепловых нейтронов литосферного происхождения. Предложена установка для обнаружения и регистрации тепловых нейтронов литосферного происхождения, включающая детекторы-счетчики с гелиевым наполнением,формирователь информационного сигнала, блок управления и обработки информации - компьютер, блок питания,линии связи. При этом установка снабжена дополнительными пропорциональными,газонаполненными,экранированными полиэтиленом детекторами-счетчиками высокоэнергичных нейтронов.(76) Антонова Валентина ПавловнаКрюков Сергей ВикторовичЧубенко Александр Поликарпович Щепетов Александр Поликарпович(56) Антонова В.П. и др. Отклик солнечных затмений в вариациях потока нейтронов на Земле. Известия РАН, сер. физическая, 2007, с. 1082-1085(54) УСТАНОВКА УТН-ЛП ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ ЛИТОСФЕРНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ(57) Изобретение относится к области геофизики, в частности, к техническим средствам изучения нейтронов тепловых энергий, генерируемых в атмосфере при взаимодействии е с космическими лучами, и частицами литосферного происхождения, 23892 Изобретение относится к области геофизики, в частности, к техническим средствам изучения нейтронов тепловых энергий, генерируемых в атмосфере при взаимодействии е с космическими лучами, и литосферного происхождения, и может быть использовано при исследовании физических свойств и динамики земной коры. Известно устройство для обнаружения и регистрации высокоэнергичных нейтронов нейтронный супермонитор / Дорман Л.И. Вариации галактических космических лучей. М., Издательство МГУ, 1975, с.36-40/. Нейтронный супермонитор выполнен на основе детекторов - пропорциональных газонаполненных счетчиков СНМ-15, в состав газового наполнения которых входит трехфтористый бор, обогащенный изотопом 10 В. Геометрическая форма счетчиков это двухметровые трубы с диаметром 15 см. Из-за основной реакции, протекающей в них, они носят название борных. Эффективность счета определяется вероятностью захвата нейтрона ядрами бора, которая максимальна для тепловых нейтронов и высока для неэкранированных борных детекторов. В нейтронных мониторах борные счетчики - детекторы экранированы. Они окружены свинцом для увеличения скорости счета за счет локальной генерации нейтронов, а для отражения тепловых и замедления быстрых нейтронов экранированы полиэтиленом. В результате ядерного взаимодействия высокоэнергичного нейтрона с ядром 10 В образуется ядро лития и-частица с суммарной кинетической энергией 2,5 МэВ,которая расходуется на ионизацию газа и генерацию информационного сигнала. Нейтронный монитор включает детекторысчетчики,формирователь информационного сигнала, блок управления и обработки информации компьютер, дисплей для визуального отоброжения получаемой информации,принтер для представления информации на бумажном носителе,блок питания,линии связи. Нейтронные супермониторы предназначены, главным образом,для изучения вариаций интенсивности галактических космических лучей и исследования космического пространства за пределами границы земной атмосферы. Ограниченность известного устройства в том,что он предназначен для регистрации только высокоэнергичных (МэВ) нейтронов атмосферного происхождения. Известна установка для обнаружения и регистрации тепловых нейтронов /Антонова В.П. и др. Отклик солнечных затмений в вариациях потока нейтронов на Земле. Известия РАН, сер. физическая, 2007, с. 1082-1085/. Установка для обнаружения и регистрации тепловых нейтронов(УТН) включает неэкранированные детекторысчетчики с гелиевым наполнением, формирователь информационного сигнала, блок управления и обработки информации - компьютер, дисплей для визуального отображения получаемой информации,принтер для представления информации на бумажном носителе, блок питания, линии связи. Счетчик наполнен гелием-3 под давлением 4 атм. В результате ядерного взаимодействия теплового нейтрона с ядром гелия-3 образуется ядро трития и протон с суммарной кинетической энергией 746 кэВ, которая расходуется на ионизацию газа и генерацию информационного сигнала. Недостаток известной УТН в том, что она не позволяет разделить временные вариации тепловых нейтронов атмосферного происхождения и вариации тепловых нейтронов от земной коры(литосферного происхождения). Задача разработки изобретения - создать конструкцию, позволяющую отделить вариации тепловых нейтронов атмосферного происхождения от вариаций тепловых нейтронов литосферного происхождения. Технический результат при использовании изобретения - повышение информативности,получение новой информации, а именно о вариациях тепловых нейтронов,причиной образования которых являются динамические процессы в земной коре (сейсмическая активность). Сущность предлагаемого изобретения, что оно,так же как известная установка, включает детекторы-счетчики с гелиевым наполнением,формирователь информационного сигнала, блок управления и обработки информации - компьютер,блок питания, линии связи. Однако, в отличие от известной установки, предлагаемое изобретение включает дополнительные пропорциональные,газонаполненные, экранированные полиэтиленом детекторы-счетчики высокоэнергичных нейтронов. Физическая сущность предлагаемого изобретения заключается в том,что экранированный детектор-счетчик высокоэнергичных нейтронов реагирует только на высокоэнергичные нейтроны с энергией сотни МэВ и выше и не воспринимает низкоэнергичные тепловые (эВ и ниже) нейтроны. Одновременные измерения временных вариаций высокоэнергичных нейтронов и низкоэнергичных тепловых нейтронов в спокойных геофизических условиях, но с возмущениями в межпланетной среде показали высокую корреляцию между ними /В.П.Антонова и др. Результаты детектирования тепловых нейтронов на Тянь-Шане в разных гелиогеофизических условиях. 30-я РККЛ, Санкт-Петербург, 2008,Тезисы, с. 156/, что позволило сделать вывод о происхождении тех и других в атмосфере. Во время сейсмической активности корреляция нарушается,что позволяет сделать вывод, что УТН регистрирует дополнительно нейтроны не атмосферного происхождения. Таким образом, сравнение обоих видов вариации позволяет выделить временные вариации тепловых нейтронов литосферного происхождения. Сущность изобретения поясняется чертежом на фиг.1, где приведена блок-схема установки УТНЛП для обнаружения и регистрации тепловых нейтронов литосферного происхождения. Установка включает блок детекторов-счетчиков БД двух типов 1-для обнаружения высокоэнергичных нейтронов (ДВЭН) на основе 2(3) пропорциональных счетчиков - СНМ 15, в состав газового наполнения которых входит трехфтористый бор, обогащенный изотопом 10 В, 2 для обнаружения тепловых нейтронов (ДТН) на основе неэкранированных пропорциональных счетчиков (Не 2) с гелиевым наполнением ( 3 Не) блок формирователей информационных сигналов БФИС,состоящий из формирователя информационных сигналов для детекторов высокоэнергичных нейтронов (ФИС-ДВЭН) - 4 и для детекторов тепловых нейтронов (ФИС - ДТН) 5 блок управления и обработки информации БУОС на основе персонального компьютера - 6 блоки питания (не показаны) линии связи. Формирователь информационного сигнала для детекторов высокоэнергичных нейтронов 4 - (ФИС - ДВЭН) включает компоненты 4.1 - операционный усилитель, 4.2 - компаратор, 4.3 - формирователь формирователь информационного сигнала для детекторов тепловых нейтронов 5 (ФИС- ДТН включает компоненты 5.1 - операционный усилитель, 5.2 - компаратор, 5.3 - формирователь. Установка по обнаружению и регистрации тепловых нейтронов литосферного происхождения УТН-ЛП создана на Тянь-Шаньской высокогорной станции космических лучей (3340 м над уровнем моря) вблизи разлома земной коры,географические координаты - 43,276,6 , и чувствительна к тепловым нейтронам с энергиейдолей эВ. Пропорциональный экранированный борный 1 детектор-счетчик СНМ-15 стандартного нейтронного монитора чувствителен к высокоэнергичным нейтронам с энергий порядка сотен МэВ, скорость счета сигналов-импульсов ДВЭН порядка 5-106 имп/час. Пропорциональный гелиевый детектор-счетчик 2 чувствителен к тепловым нейтронам с энергией порядка долей эВ,скорость счета сигналов-импульсов ДТН порядка 56-104 имп/час. Сигналы с выходов детекторовсчетчиков 1 и 2 поступают на входы соответствующих формирователей сигналов 4 и 5 и затем на входы блока управления и обработки сигнала БУОС - 6 (компьютер). Банк данных формируют на жестком диске компьютера 6 с одноминутным временным разрешением отдельно по каждому каналу детектору-счетчику. Разработанное программное обеспечение позволяет находить временные вариации высокоэнергичных нейтронов, тепловых нейтронов, сравнить их, а также получить разностную вариацию. На фиг. 2 приведены временные вариации с 1 по 24 декабря 2006 г одновременно высокоэнергичных нейтронов (верхняя кривая) и тепловых нейтронов. Рассчитан коэффициент корреляции между рядами данных детекторов тепловых нейтронов и высокоэнергичных нейтронов за этот период(спокойные геофизические и возмущенные межпланетные условия), который составил К 0,89. Столь высокое значение коэффициента корреляции говорит о том, что источники модуляции интенсивности тепловых нейтронов и интенсивности высокоэнергичных нейтронов в этот период одни. Полученный результат позволяет сделать вывод,что тепловые нейтроны,регистрируемые детектором-счетчиком (ДТН) -2,генерированы главным образом в атмосфере, а не в земной коре. На фиг. 3 приведены одновременные вариации тепловых и высокоэнергичных нейтронов с 22 по 30 декабря 2006 г. в период,захватывающий землетрясение 25.12.2006. Можно видеть, что в дни,непосредственно следующие за моментом события,корреляция нарушается. На фиг.4 приведена разностная вариация. Можно видеть, что после землетрясения наблюдается интенсивный поток тепловых нейтронов от земной коры в течение полутора суток. Таким образом, предложенная установка позволяет обнаружить,зарегистрировать и исследовать интенсивность тепловых нейтронов литосферного происхождения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Установка для обнаружения и регистрации тепловых нейтронов от земной коры, включающая детекторы-счетчики с гелиевым наполнением,формирователь информационного сигнала, блок управления и обработки информации - компьютер,блок питания, линии связи отличающаяся тем, что снабжена дополнительными пропорциональными,газонаполненными,экранированными полиэтиленом детекторами-счетчиками высокоэнергичных нейтронов.