Нейтронный монитор

monitor-vkl

 

С 2004 г. в лаборатории функционирует нейтронный монитор 24-NM-64 на газоразрядных счетчиках СНМ-15.

Нейтронные мониторы уже много лет остаются современным стандартным инструментом для регистрации нейтронов, рожденных в атмосфере Земли при ее взаимодействии с космическими лучами, и играют ключевую роль в исследованиях в области космической физики, солнечно-земных связей и космической погоды. Они чувствительны к космическим лучам, проникающим в атмосферу Земли, с энергией около 0,5-20 ГэВ, которые не могут быть измерены детекторами в космосе таким же простым, недорогим, и статистическим точным способом.

В нейтронном мониторе используются двухметровые пропорциональные счетчики диаметром 14,8 см, наполненные газом BF3, обогащенным изотопом В10. Стандартный монитор типа NM-64 состоит из трех 6-счетчиковых секций. Каждая секция имеет размеры 315×222×52 см3 и весит около 12 т, в качестве генератора нейтронов используется свинец (эффективная площадь 6,21 м2), в качестве замедлителя и рефлектора – полиэтилен (конструкция 1 секции нейтронного монитора представлена на рис. 1).

monitor

 1 – отражатель (полиэтилен), 2 – генератор (свинец), 3 – замедлитель (полиэтилен), 4 – счетчик СНМ-15

Регистрируемые адроны (протоны и нейтроны) вызывают ядерные реакции в свинце и рождение множества нейтронов низких энергий. Эти нейтроны с энергиями порядка МэВ замедляются до тепловой энергии и регистрируются пропорциональными счетчиками. Пропорциональный счетчик в нейтронном мониторе регистрирует тепловые нейтроны, кинетическая энергия которых около 0,025 эВ. Счетчик заполнен гасящим газом - трифторидом бора (BF3), обогащенным до 96% изотопом бора 10B при давлении в 0,27 бара. Регистрация тепловых нейтронов в счетной трубке происходит при их взаимодействии с ядром 10B в экзотермической реакции захвата:
В результате этой реакции освобождается примерно 2,5 МэВ энергии, при этом на долю ядра лития приходится около 0,9 МэВ, а альфа-частицы — 1,6 МэВ.

В целях повышения вероятности ядерной реакции нейтроны должны быть замедлены. Функция замедлителя заключается в уменьшении энергии нейтронов как можно ближе к тепловой энергии (1/40 эВ). Это осуществляется путем сталкивания нейтронов с другими ядрами. Обмен кинетической энергией происходит тем лучше, чем ближе массы ядра к массе самого нейтрона. Материалы с низкой атомной массой, которые, как правило, содержат водород, например полиэтилен, используются в NM-64 в качестве замедлителя, который окружен свинцовым умножителем. Свинец выполняет две функции в нейтронном мониторе:

- Нейтроны низких энергий образуются в ядерных реакциях адронов со свинцом.
- Среднее число вылетевших нейтронов на каждый падающий нуклон ~ 15 и, таким образом, свинец приводит к увеличению общей вероятности регистрации.

Свинец имеет сравнительно малое сечение поглощения для тепловых нейтронов. Отражатель также экранирует и поглощает нейтроны низкой энергии, которые производятся в окружающем веществе за пределами нейтронного монитора.

В таблице приведены технические сведения о нейтронном мониторе:

Счетчик СНМ-15

 

Количество, (шт)

24

Активная длина (см)

191

Диаметр (см)

14,8

Давление (бар)

0,27

Заполнение газом

BF3

Замедлитель

 

Материал

полиэтилен

Средняя толщина (см)

2,0

Генератор нейтронов

 

Материал

свинец

Средняя глубина (г см-2)

156

Отражатель

 

Материал

полиэтилен

Средняя толщина (см)

7,5

Характеристики Якутского нейтронного монитора 24-NM-64

Станция

Якутск

Широта

61o59'

Долгота

129o41'

Высота над уровнем моря, м

95

Порог геомагнитного обрезания, ГВ

1,65

Тип NM

24-NM-64

Коэффициент пересчета

8

Среднее давление, мб

1003

Барометрический коэффициент, %/мб

0,723 (в 2009)

 

5 - минутные данные нейтронные монитора (01.01.1999 - 02.04.2004)

1 - минутные данные нейтронного монитора (01.01.2004 - по настоящее время)

Наземные возрастания солнечных космических лучей (GLE), зарегистрированные нейтронными мониторами станций Якутск и Тикси.