Апатиты, Россия
Апатиты, Россия
Апатиты, Россия
Апатиты, Россия
В Полярном геофизическом институте создана комплексная установка, на которой ведется непрерывный мониторинг различных компонент вторичных космических лучей. Обнаружены возрастания гамма-излучения во время осадков. Возрастания происходят круглый год, вне зависимости от сезона. Серия экспериментов показала, что загрязнение осадков какими-либо радионуклидами естественного или искусственного происхождения отсутствует. Спектр излучения не имеет каких-либо характеристических линий элементов. Предложен механизм, удовлетворительно описывающий данное явление.
Гамма-излучение, осадки, возрастание
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. Балабин Ю.В., Германенко А.В., Гвоздевский Б.Б., Вашенюк Э.В. Вариации естественного рентгеновского фона в полярной атмосфере // Геомагнетизм и аэрономия. 2014. Т. 54, № 3. С. 376-386. DOI:https://doi.org/10.7868/S0016794014020023.
2. Гайтлер В. Квантовая теория излучения. М.: Изд-во иностр. лит., 1956. 492 с.
3. Германенко А.В., Балабин Ю.В., Вашенюк Э.В. и др. Вариации естественного гамма-фона во время выпадения атмосферных осадков // Вестник Кольского научного центра РАН. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2010. Вып. 3. С. 104-109.
4. ГОСТ 20426-82. Контроль неразрушающий. Методы дефектоскопии радиационные. Область применения. М., 1983. 25 с.
5. Григорьев И.С., Мелихов Е.З. Физические величины: справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1231 c.
6. Дорман Л.И. Метеорологические эффекты космических лучей. М.: Наука, 1972. 212 с.
7. Дорман Л.И. Экспериментальные и теоретические основы астрофизики космических лучей. М.: Наука, 1975. 402 с.
8. Кацнельсон Б.В., Калугин А.М., Ларионов А.С. Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы. Справочник. М.: Радио и связь, 1985. 864 с.
9. Лидванский А.С., Хаердинов Н.С. Динамика космических лучей в электростатическом поле атмосферы и генерация частиц грозовыми облаками // Изв. РАН. Сер. физ. 2007. Т. 71, № 7. С. 1060-1062.
10. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 752 с.
11. Маурчев Е.А., Балабин Ю.В, Гвоздевский Б.Б., Вашенюк Е.В. Новая численная модель для исследования космических лучей в атмосфере Земли // Известия РАН. Серия физическая. 2015. Т. 79, № 5. С. 711-713. DOI: 10.7868/ S0367676515050324.
12. Хаякава С. Физика космических лучей. Ч. 1: Ядерно-физический аспект. Ч. 2: Астрофизический аспект. М.: Наука, 1974. 1042 с.
13. Шишаев В.А., Белоглазов М.И. Автоматический регистратор атмосферных осадков // Приборы и техника эксперимента. 2011. Т. 54, № 2. С. 156-158.
14. Germanenko A.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B., et al. High-energy photons connected to atmospheric precipitations // Astrophys. Space Sci. Trans. 2011. V. 7. P. 471-475. DOI:https://doi.org/10.5194/astra-7-471-2011.
15. 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. V.11, id 0863. P. 397-400.
16. 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. V. 73. P. 1410-1416. DOI: 10.1016/ j.jastp.2010.09.034.
17. Rust W.D., Trapp R.J., Initial balloon soundings of the electric field in winter nimbostratus clouds in the USA // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 29. P. 1959-1962. DOI:https://doi.org/10.1029/2002 GL015278.
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. V. 11, id 0328. P. 360-363.
