Apatity, Russian Federation
Apatity, Russian Federation
Apatity, Russian Federation
Apatity, Russian Federation
The complex facility for continuous monitoring of various components of secondary cosmic rays was developed in the Polar Geophysical Institute. Increases in gamma-radiation during precipitation are found to occur during the year regardless of a season. As shown in a series of experiments, there is no precipitation pollution by any radionuclides of natural or artificial origins. Radiation spectrum does not have any characteristic lines of elements. The mechanism which satisfactorily describes this phenomenon was proposed.
Gamma radiation, precipitation, increase
ВВЕДЕНИЕ
На станциях космических лучей (КЛ) в Апатитах и Баренцбурге Полярного геофизического института (ПГИ) в течение нескольких лет ведется непрерывный мониторинг различных компонент вторичных КЛ. Проводится он при помощи комплексной установки, включающей три детектора нейтронов для различных диапазонов энергий, детектор заряженной компоненты и детектор гамма-излучения. Вскоре после начала мониторинга было открыто новое явление — возрастание гамма-фона при осадках. Влияние грозовых облаков на поток вторичных КЛ в глубине атмосферы является известным фактом [Лидванский, Хаердинов, 2007; Mendonҫa et al., 2011]. Основной причиной возникновения избыточного потока КЛ во время гроз являются частицы, ускоренные сильными электрическими полями внутри грозового облака. Влияние обычной (негрозовой) облачности на поток гамма-квантов впервые было обнаружено именно в ПГИ при мониторинге низкоэнергичного рентгеновского (гамма) фона [Германенко и др., 2010; Germanenko et al., 2011]. Регистрировались возрастания, как правило, связанные с атмосферными осадками. Следует отметить, что в субарктическом регионе (Апатиты) грозы случаются редко, а возрастания гамма-фона при осадках наблюдаются круглый год. Было установлено, что наблюдаемые возрастания гамма-фона не связаны с какими-либо антропогенными или природными радионуклидами, а являются следствием изменения условий взаимодействия космического излучения с атмосферой [Балабин и др., 2014]. Тем не менее в качестве причины возрастаний, связанных с осадками, мы предполагаем электрическое поле негрозовых облаков. Это поле, пусть не такое сильное, как в грозовых облаках, доускоряет заряженные частицы, которые затем производят дополнительное тормозное рентгеновское (гамма) излучение, проникающее до уровня земли.
Поскольку нет устоявшейся границы, отделяющей рентгеновское излучение от гамма-излучения (по одним источникам, это энергия покоя электрона 510 кэВ, по другим — энергия от нескольких МэВ), в данной работе оба эти определения являются синонимами, а их выбор в конкретном месте статьи определяется удобством построения фразы, тем более что исследуемый нами диапазон электромагнитного излучения (от 20 кэВ до 5 МэВ) заведомо захватывает области обоих определений. В дальнейшем в нашей работе определения «рентгеновское» и «гамма» равнозначны и означают электромагнитное излучение от 20 кэВ до 5 МэВ.
1. Balabin Y.V., Germanenko A.V., Gvozdevsky B.B., Vashenyuk E.V. Variations in the natural X-ray background in the polar atmosphere // Geomagnetism and Aeronomy. 2014. V. 54, no. 3. pp. 347-356. DOI:https://doi.org/10.1134/S0016793214020029.
2. Dorman L.I. Eksperimental’nye i teoreticheskie osnovy astrofiziki kosmicheskikh luchei [Experimental and Theoretical Foundations of Cosmic Ray Astrophysics]. Moscow, Nauka Publ., 1975. 463 p. (in Russian).
3. Dorman L.I. Meteorologicheskie effekty kosmicheskikh luchei [Meteorological Effects of Cosmic Rays]. Moscow, Nauka Publ., 1972, 211 p. (in Russian).
4. Germanenko A.V., Balabin Yu.V., Vashenyuk E.V., et al. Natural gamma background variations during precipitation. Vestnik Kol’skogo Nauchnogo Tsentra RAN [Bulletin of Kola Science Centre of RAS]. 2010, iss. 3, pp. 104-109 (in Russian).
5. Germanenko A.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B., et al. High-energy photons connected to atmospheric precipitations // Astrophys. Space Sci. Trans. 2011, vol. 7. pp. 471-475. DOI:https://doi.org/10.5194/astra-7-471-2011.
6. GOST 20426-82. Kontrol’ nerazrushayushchii. Metody detektoskopii radiatsionnye. Oblast’ primeneniya. [State Standard. 20426-82. Non-destructive testing. Methods of defectoscopy radiation. Field of application]. Moscow, Standartinform Publ., 1983, 23 p. (in Russian).
7. Grigoriev I.S., Melihov E.Z. Fizicheskie velichiny: spravochnik [Physical Values: Handbook]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1991, 1231 p.
8. Gvozdevsky B.B., Balabin Yu.V., Germanenko A.V., Vashenyuk E.V. On the origin of X-ray increases during precipitations // Proceedings of ICRC-2011. 2011, vol. 11, id 0863, pp. 397-400.
9. Hayakawa S. Cosmic Ray Physics. Nuclear and Astrophysical aspects. New York, Wiley-Interscience, 1969, 774 p. (Russian edition: Hayakava S. Fizika kosmicheskikh luchei [Physics of Cosmic Rays]. Moscow, Nauka Publ., 1974, 1042 p.).
10. Heitler W. The Quantum Theory of Radiation. Clarendon Press., 1954, 430 p. (Russian edition: Gaitler V. Kvantovaya teoriya izlucheniya [The Quantum Theory of Radiation]. Moscow, Izdatel’stvo inostrannoi literatury, 1956, 492 p.).
11. Katsnelson B.V., Kalugin A.M., Larionov A.S. Elektrovakuumnye elektronnye i gazorazryadnye pribory: spravochnik [Electric Vacuum and Gas-Electronic Devices: Handbook]. Moscow, Radio i Svyaz’ Publ., 1985, 864 p. (in Russian).
12. Lidvansky A.S., Chaerdinov N.S. The dynamics of cosmic rays in the electrostatic field of the atmosphere and the generation of particles thunderclouds // Bulletin of The Russian Academy of Sciences: Physics. 2007, vol. 71, no. 7, pp. 1060-1062 (in Russian).
13. Matveev L.T. Kurs obshchei meteorologii [The Course of General Meteorology]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1984, 752 p. (in Russian).
14. Maurchev E.A., Balabin Y.V., Gvozdevsky B.B., Vashenyuk E.V. A new numerical model for investigating cosmic rays in the Earth’s atmosphere // Bulletin of The Russian Academy of Sciences: Physics. 2015, vol. 79, no. 5, pp. 657-659. DOI:https://doi.org/10.3103/S1062873815050305.
15. Mendonҫa R.R.S. de, Raulin J.-P., Bertoni F.C.P., et al. Long-term and transient time variation of cosmic ray fluxes detected in Argentina by CARPET cosmic ray detector // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 2011, vol. 73. pp. 1410-1416. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jastp. 2010.09.034.
16. Rust W.D., Trapp R.J., Initial balloon soundings of the electric field in winter nimbostratus clouds in the USA // Geophys. Res. Lett. 2012, vol. 29, pp. 1959-1962. DOI: 10.1029/ 2002GL015278.
17. Shishaev V.A., Beloglazov M.I. An automatic recorder of atmospheric precipitations // Instruments and Experimental Techniques. 2011, vol. 54, no. 2, pp. 291-293. DOI: 10.1134/ S0020441211020084.
18. Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Germanenko A.V., Gvozdevsky B.B. Study of radiation related with atmospheric precipitations // Proceedings of ICRC-2011. 2011, vol. 11, id 0328, pp. 360-363.
