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).
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.