КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-22-00399
НазваниеИсследование интенсивности галактических космических лучей и различных геофизических явлений с использованием неэкранированных нейтронных детекторов
Руководитель Громушкин Дмитрий Михайлович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" , г Москва
Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-104 - Космические лучи
Ключевые слова Вариации нейтронного фона, детекторы нейтронов, установка ПРИЗМА, галактические космические лучи, вариации космических лучей, форбуш-понижения, лунные периодичности, нейтроны в грозах, геофизические явления.
Код ГРНТИ29.05.45, 29.05.81
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Изучение вариаций интенсивности космических лучей является отдельным разделом физики космических лучей (КЛ), который в последние годы превращается в независимый метод «зондирования» физических условий в межпланетной и межзвёздной среде и определения некоторых интересных астрофизических характеристик. В настоящее время непрерывное наблюдение вариаций космических лучей ведётся сетью специальных детекторов, расположенных на поверхности Земли: нейтронных мониторов, регистрирующих в основном умеренно жёсткую компоненту КЛ в области энергий (1-100 ГэВ), и мюонных телескопах. Созданная из таких детекторов сеть показала перспективность подобных исследований, среди которых можно выделить несколько основных направлений: долговременные вариации КЛ, анизотропию космических лучей, солнечные КЛ, атмосферные эффекты и др. В преддверии грядущего максимума солнечной активности данные наземных наблюдений будут представлять особенный интерес, так как позволят получить большой объем статистической информации для изучения свойств солнечного ветра и особенностей строения гелиосферы.
Приобретают актуальность исследования связей геофизических явлений (лунные периодичности, выход радона, предвестники землетрясений и др.) и вариаций нейтронного фона вблизи поверхности Земли. Стоит отметить, что проведение подобных исследований возможно только с использование открытых нейтронных детекторов, не имеющих специализированной мишени для конвертации адронов в нейтроны.
В последнее десятилетие появились неэкранированные детекторы нейтронов на основе сцинтилляторов ZnS(Ag)+6LiF или ZnS(Ag)+B2O3, которые являются новым инструментом для изучения интенсивности галактических космических лучей и геофизических явлений.
В настоящее время высокочувствительные детекторы тепловых нейтронов на основе сцинтиллятора ZnS(Ag)+6LiF работают в составе установки ПРИЗМА (НИЯУ МИФИ, г. Москва). Важной особенностью ПРИЗМА является используемый в ней метод отбора сигналов, вызванных захватом тепловых нейтронов, по форме импульса, позволяющий минимизировать вклад внешних факторов в процесс регистрации нейтронов. В данном проекте предлагается создать в детекторах установки ПРИЗМА отдельные (вариационные) каналы регистрации для исследования вариаций нейтронного потока вблизи поверхности Земли. В результате его выполнения установка позволит с помощью 36 детекторов с общей площадью регистрации более 12 м2 исследовать вариации тепловых нейтронов, связанные как с изменением интенсивности космических лучей, так и с процессами геофизического происхождения.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Д.М. Громушкин, М.Б. Амельчаков, Е.П. Волков, А.Д. Почестнев, С.С. Хохлов, Д.О. Чернов, И.А. Шульженко, Е.А. Южакова
Характеристики нейтронной компоненты ШАЛ с учетом эффективности регистрации нейтронов
Ядерная Физика, Vol. 87, No. 3, pp. 142–150 (год публикации - 2024)
10.1134/S1063778824700078
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Целью проекта является разработка и апробирование новых методов для регистрации нейтронного фона вблизи поверхности грунта, который может стать дополнительным инструментом для исследования интенсивности галактических космических лучей в зависимости от состояния атмосферы и процессов на Солнце, а также для изучения связей между изменениями нейтронного фона и различными геофизическими явлениями.
В рамках проекта запланировано создание установки, включающей в себя 36 детекторов тепловых нейтронов, имеющих эффективную суммарную площадь регистрации более 12 м^2, а также получение с ее помощью экспериментальных данных о вариациях нейтронного фона.
На втором этапе реализации проекта все поставленные задачи выполнены в полном объеме, получены следующие результаты:
Проведено оснащение второго и третьего кластеров установки ПРИЗМА (24 детектора) оборудованием, необходимым для проведения измерений потока нейтронов.
Проведена тестовая серия измерений на 24 неэкранированных детекторах тепловых нейтронов, в рамках которой проверена работа детекторов и систем второго и третьего кластеров установки ПРИЗМА. Определены критерии отбора сигналов, вызванных захватом нейтронов, для каждого детектора.
Разработана структура и создана база данных для записи и хранения результатов первичной обработки информации с вариационного канала установки ПРИЗМА, получаемой в ходе наборов данных (экспериментальных и тестовых), а также различной служебной информации для всех наборов.
Начата экспериментальная серия измерений нейтронного фона на 36 детекторах установки ПРИЗМА-36. Результаты измерений записаны в базу данных.
Проведена обработка и анализ первых экспериментальных данных, полученных за время работы установки ПРИЗМА-36 в 2024 году. В результате анализа данных:
- показано, что основным метеопараметром, влияющим на показания детекторов, является давление. Вклад составляет - 0.66 +- 0.03 %/мбар. Для исключения влияния давления на скорость счета разработан алгоритм учета барометрического эффекта.
- показано, что при работе детекторов в зимний период наблюдается понижение скорости счета нейтронов, которое связано с толщиной снежного покрова.
- с помощью гармонического анализа получена солнечно-суточная анизотропия в тепловых нейтронах: амплитуда первой гармоники составила 0.32 +- 0.02 %, второй гармоники – 0.05 +- 0.02 %. Фаза первой гармоники составила 46 +- 2 °, второй гармоники -20 +- 14 °.
- разработана методика определения параметров форбуш-эффектов, получены параметры сильных форбуш-понижений, произошедших в 2024 году. Амплитуда изменения скорости счета фоновых нейтронов при форбуш-понижении сопоставима с понижением интенсивности космических лучей в данных нейтронных мониторов.
Результаты работ представлены в пяти докладах на международных конференциях и подготовлены тексты двух статей.
Публикации
1. Амельчаков М.Б., Кьявасса А., Громушкин Д.М., Хохлов С.С., Хомчук Е.П., Киндин В.В., Коновалова А.Ю., Кузьменкова П.С., Моргунов Е.С., Пасюк Н.А., Петрухин А.А., Шульженко И.А., Волков Е.П., Яшин И.И. The PRISMA-36 array for studying variations of the thermal neutron flux Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A (год публикации - 2025)
2. Громушкин Д.М., Дмитриева А.Н., Коновалова А.Ю., Луковников А.А., Моргунов Е.С., Хомчук Е.П., Хохлов С.С., Шульженко И.А. Neutron module of a solid-state detector for measuring antineutrinos using the inverse beta decay reaction Physics of Particles and Nuclei , том 56, вып.3 (год публикации - 2025)
3. Волков Е. П., Громушкин Д. М., Киндин В. В., Коновалова А. Ю., Кузьменкова П. С., Мишутина Ю. Н., Моргунов Е. С., Пасюк Н. А., Хомчук Е. П., Хохлов С. С., Шульженко И. А. Анализ мощных форбуш-понижений 2024 года по данным неэкранированных нейтронных детекторов Экспериментального комплекса НЕВОД Известия РАН. Серия Физическая (год публикации - 2025)
Возможность практического использования результатов
Разработанные методы и технологии могут быть использованы при создании высокочувствительных детекторов нейтронного излучения для контроля за радиационной обстановкой на АЭС и незаконным перемещением радиоактивных источников.