Способ обнаружения и регистрации тепловых нейтронов литосферного происхождения

(51) 21 7/00 (2009.01) 01 3/02 (2009.01) 01 3/08 (2009.01) 11 9/00 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ информации на бумажном носителе, записывают регистрируемые изменения интенсивности нейтронов в требуемом масштабе времени, тем самым получают временные вариации тепловых нейтронов. При этом одновременно измеряют и записывают с помощью экранированных полиэтиленом детекторов-счетчиков нейтронного супермонитора временные вариации высокоэнергичных нейтронов, сопоставляют оба вида вариаций,исключают синхронные коррелированные вариации и получают временные вариации тепловых нейтронов литосферного происхождения. Изобретение относится к области геофизики, в частности, к техническим средствам изучения нейтронов тепловых энергий,излучаемых атмосферой при взаимодействии е с космическими лучами, и литосферного происхождения, и может быть использовано при исследовании физических свойств и динамики земной коры. Известен способ обнаружения и регистрации высокоэнергичных нейтронов с помощью устройства - нейтронного супермонитора / Дорман Л.И. Вариации галактических космических лучей. М.,Издательство МГУ,1975,с.36-40/. Высокоэнергичные нейтроны улавливают с помощью совокупности борных детекторовсчетчиков супермонитора. Борные детекторысчетчики экранированы полиэтиленом, чтобы исключить тепловые нейтроны. В результате ядерного взаимодействия высокоэнергичного нейтрона с ядром 10 В образуется ядро литияи частица с суммарной кинетической энергией 2,5 МэВ, которая расходуется на ионизацию газа с генерацией сигнала на выходе детектора-счетчика. Полученный сигнал направляется на блок формирования сигнала и далее - на блок управления и обработки информации - компьютер, где информационные сигналы накапливаются,анализируются, обрабатываются и поступают на запоминающее устройство для формирования базы данных, на дисплей для визуального отображения получаемой информации и принтер для(76) Антонова Валентина ПавловнаКрюков Сергей ВикторовичЧубенко Александр Поликарпович Щепетов Александр Леонидович(56) Антонова В.П. и др. Отклик солнечных затмений в вариациях потока нейтронов на Земле. Известия РАН, сер. физическая, 2007, с.1082-1085(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ ЛИТОСФЕРНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ(57) Изобретение относится к области геофизики, в частности, к техническим средствам изучения нейтронов тепловых энергий,излучаемых атмосферой при взаимодействии е с космическими лучами, и земной корой, 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 нейтронах литосферного происхождения, т.е. излучаемых земной корой. Предложен способ обнаружения и регистрации тепловых нейтронов литосферного происхождения,включающий улавливание тепловых нейтронов с помощью совокупности неэкранированных детекторов-счетчиков с гелиевым наполнением, в результате ядерного взаимодействия теплового нейтрона с ядром гелия-3 получают ядро трития и протон с суммарной кинетической энергией 746 кэВ, которую расходуют на ионизацию газа и генерацию электронного сигнала, получаемый сигнал направляют через формирователь информационного сигнала на блок управления и обработки информации компьютер,где происходит накопление информации, обработка и анализ с последующей передачей на запоминающее устройство для формирования базы данных, на дисплей для визуального отображения получаемой информации и на принтер для представления представления информации на бумажном носителе. Записывают регистрируемые изменения интенсивности нейтронов в требуемом масштабе времени,получают временные вариации высокоэнергичных нейтронов. Известный способ обнаружения и регистрации высокоэнергичных нейтронов предназначен,главным образом, для изучения вариаций интенсивности галактических космических лучей и исследования космического пространства за пределами границы земной атмосферы. Ограниченность известного способа в том, что он предназначен для регистрации только высокоэнергичных (МэВ) нейтронов атмосферного происхождения и не может обнаруживать и регистрировать тепловые нейтроны. Известен способ обнаружения и регистрации тепловых нейтронов с помощью совокупности детекторов-счетчиков с гелиевым наполнением установки для обнаружения и регистрации тепловых нейтронов (УТН) /Антонова В.П. и др. Отклик солнечных затмений в вариациях потока нейтронов на Земле. Известия РАН, сер. физическая, 2007,с.1082-1085/. Тепловые нейтроны улавливают с помощью совокупности детекторов-счетчиков с гелиевым наполнением. 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 электронного сигнала. Получаемый сигнал поступает через формирователь информационного сигнала на блок управления и обработки информации - компьютер, где происходит накопление информации, обработка и анализ с последующей передачей на запоминающее устройство для формирования базы данных, на дисплей для визуального отображения получаемой информации и на принтер для представления информации на бумажном носителе. Записывают регистрируемые изменения интенсивности нейтронов в требуемом масштабе времени,получают временные вариации тепловых нейтронов. Недостаток способа обнаружения и регистрации тепловых нейтронов в том, что он не позволяет разделить временные вариации тепловых нейтронов атмосферного происхождения и вариации тепловых нейтронов литосферного происхождения. Задача изобретения - разработать способ обнаружения и регистрации тепловых нейтронов,позволяющий отделить вариации тепловых нейтронов атмосферного происхождения от вариаций тепловых нейтронов литосферного происхождения. Технический результат при использования изобретения - повышение информативности,получение новой информации, а именно о вариациях тепловых нейтронов литосферного происхождения, т.е. излучаемых земной корой. Сущность предлагаемого способа в том, что он так же, как известный способ регистрации тепловых нейтронов, включает улавливание тепловых нейтронов с помощью совокупности детекторов счетчиков с гелиевым наполнением. 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 электронного сигнала. Получаемый сигнал поступает через формирователь информационного сигнала на блок управления и обработки информации - компьютер, где происходит накопление информации, обработка и анализ с последующей передачей на запоминающее устройство для формирования базы данных, на дисплей для визуального отображения получаемой информации и на принтер для представления информации на бумажном носителе. Записывают регистрируемые изменения интенсивности нейтронов в требуемом масштабе времени,получают временные вариации тепловых нейтронов. Однако, в отличие от известного способа обнаружения и регистрации тепловых нейтронов, в предлагаемом способе одновременно измеряют и записывают с помощью экранированных полиэтиленом борных детекторов-счетчиков нейтронного супермонитора временные вариации высокоэнергичных нейтронов, сопоставляют оба вида вариаций,исключают синхронные коррелированные вариации и получают временные вариации тепловых нейтронов литосферного происхождения. Физическая сущность предлагаемого способа заключается в том,что экранированный полиэтиленом борный детектор-счетчик нейтронов регистрирует только атмосферные высокоэнергичные нейтроны с энергией десятки МэВ и выше, замедленные внутри детектора, а низкоэнергичные тепловые (эВ и ниже) нейтроны отражаются полиэтиленом. 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 детекторысчетчики тепловых нейтронов регистрируют дополнительно нейтроны не атмосферного происхождения. Таким образом, сравнение обоих видов вариаций позволяет выделить временные вариации тепловых нейтронов литосферного происхождения. Сущность способа поясняется чертежом на фиг.1, где приведена блок-схема установки для обнаружения и регистрации тепловых нейтронов литосферного происхождения, УТН-ЛП. Установка включает блок детекторов-счетчиков БД двух типов 1 - для обнаружения высокоэнергичных нейтронов (ДВЭН) на основе экранированных полиэтиленом пропорциональных счетчиков - СНМ 15, в состав газового наполнения которых входит 10 В, 2 трехфтористый бор, обогащенный изотопом 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. Способ обнаружения и регистрации тепловых нейтронов осуществлен на Тянь-Шаньской высокогорной станции космических лучей (3340 м над уровнем моря) вблизи разлома земной коры,географические координаты - 43,2 76,6 Е, где была изготовлена установка для осуществления способа. 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 (Не-2) чувствителен к тепловым нейтронам с энергией долей эВ, скорость счета сигналов-импульсов ДТН порядка 5-6104 имп/час. Сигналы с выходов детекторов-счетчиков 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 тепловым 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, предложенный способ позволяет обнаружить, зарегистрировать и исследовать интенсивность тепловых нейтронов литосферного происхождения, т.е. излучаемых земной корой. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ обнаружения и регистрации тепловых нейтронов литосферного происхождения,включающий улавливание тепловых нейтронов с помощью совокупности неэкранированных детекторов-счетчиков с гелиевым наполнением, в результате ядерного взаимодействия теплового нейтрона с ядром гелия-3 получают ядро трития и протон с суммарной кинетической энергией 746 кэВ, которую расходуют на ионизацию газа и генерацию электронного сигнала, получаемый сигнал направляют через формирователь информационного сигнала на блок управления и обработки информации компьютер,где происходит накопление информации, обработка и анализ с последующей передачей на запоминающее устройство для формирования базы данных, на дисплей для визуального отображения получаемой информации и на принтер для представления информации на бумажном носителе, записывают регистрируемые изменения интенсивности нейтронов в требуемом масштабе времени, тем самым получают временные вариации тепловых нейтронов, отличающийся тем, что одновременно измеряют и записывают с помощью экранированных полиэтиленом детекторовсчетчиков нейтронного супермонитора временные вариации высокоэнергичных нейтронов,сопоставляют оба вида вариаций, исключают синхронные коррелированные вариации и получают временные вариации тепловых нейтронов литосферного происхождения.