ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2015, № 1, с. 134-135
ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ, МЕДИЦИНЫ, БИОЛОГИИ
УДК 539.1.621.37
УСТАНОВКА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПРЕДВЕСТНИКОВ
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
© 2015 г. А. У. Максудов, Р. А. Муминов, Д. Б. Шаякубов
Физико-технический институт НПО "Физика-Солнце" АНРУз Узбекистан, 100084, Ташкент, ул. Бодомзор Йули, 2б E-mail: tsju@uzsci.net Поступила в редакцию 03.04.2014 г.
Описан метод краткосрочного прогнозирования землетрясений, основанный на одновременной регистрации нейтронов и заряженных частиц низких энергий, рожденных в земной коре. В установке применены черенковские, сцинтилляционные детекторы и нейтронные счетчики. Показано, что такая установка позволяет за 10 ч до начала прогнозировать землетрясения магнитудой выше 3 баллов.
DOI: 10.7868/S0032816215010218
Несмотря на многочисленные попытки, предпринимаемые в мире, до сих пор не создана достаточно надежная методика прогнозирования землетрясений краткосрочного и среднесрочного временного уровня. В настоящее время сформулирована новая концепция краткосрочного прогноза землетрясений (десятки часов) методом наблюдений за временными вариациями потока медленных нейтронов и заряженных частиц от земной коры.
Известно, что длительной компонентой источника а-частиц с энергией 5.49 МэВ (100%) является радон, поскольку период его полураспада 3.825 сут, а быстрой короткоживущей и более интенсивной компонентой источника а-частиц с энергией 6.29 МэВ (100%) и у-квантов с энергией выше 2.0 МэВ (100%) — газ торон, период полураспада которого 54.4 с [1]. Альфа-частицы в реакциях с ядрами таких легких веществ, как азот и кислород воздуха, а также с ядрами кремния и алюминия земной коры дают нейтроны, замедляющиеся за короткое время до тепловых энергий. Средняя энергия нейтронов в таких реакциях составляет порядка 1 МэВ. Они быстро замедляются, и земная кора становится активным источником тепловых нейтронов.
Нейтроны, распадаясь через 1000 с, рождают протоны и электроны. Протоны значительную долю энергии расходуют на ионизацию ядер элементов земной коры, вызывая генерацию ливней заряженных частиц низких энергий.
Таким образом, динамические процессы в земной коре проявляются в вариациях потока медленных нейтронов и заряженных частиц низкой энергии. Мониторинг этой эмиссии может служить чувствительным индикатором готовности сейсмического очага к землетрясению.
Нами разработан метод краткосрочного прогнозирования, основанный на одновременной регистрации временного изменения интенсивности потока медленных нейтронов и заряженных частиц низкой энергии, рожденных в земной коре.
Установка (рис. 1), размер одного из вариантов которой составляет 1 х 1 м, состоит из черенков-ских детекторов 1, двух рядов пластических сцин-тилляционных детекторов 2, проложенных двумя слоями толщиной 30 см графитовых поглотителей 3, и пропорциональных борных нейтронных счетчиков СНМ-15 (4) [2]. Последние служат детекторами нейтронов и с эффективностью 25— 30% регистрируют тепловые нейтроны.
Сцинтилляционные детекторы изготовлены из сцинтиллирующей пластмассы типа РОРОР, по четырем углам установлены фотоумножители
Рис. 1. Схема установки. 1 — черенковские детекторы; 2 — сцинтилляционные детекторы; 3 — углеродные поглотители; 4 — нейтронные счетчики.
1
2
3
УСТАНОВКА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ПРЕДВЕСТНИКОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
135
(ф.э.у.), сигналы которых выровнены по площади и откалиброваны. Черенковские детекторы направленного действия общим размером 1 х 1 м изготовлены из оргстекла 50 х 50 см толщиной 3 см и служат для определения направления прихода регистрируемых заряженных частиц.
Согласно алгоритму системы управления, от черенковских, сцинтилляционных и нейтронных детекторов отбираются события, идущие на совпадение и превышающие заданный порог. При этом управляющим компьютером записывается временное распределение суммарных чисел амплитудных импульсов. При калибровке детекторов сигналы от фона убираются задаваемым порогом регистрации.
Установка была размещена в подвальном помещении ФТИ АН РУз. Зарегистрированные с детекторов сигналы показали резкое увеличение интенсивности потоков импульсов от частиц земной коры. Полученные максимумы сигналов практически совпадали с периодом землетрясений, происходивших 19 июля 2011 г., эпицентром которых были горы Киргизии [3]. При толчках, хорошо ощущаемых в Ташкенте, сигнал составил более 1700 единиц; толчки в Японии 20 июля 2011 г. — амплитуда сигнала более 700 единиц; серия толчков 8 и 10 ноября 2011 г. в Турции — амплитуда сигнала >500 единиц; землетрясения 5 февраля 2012 г. в Киргизии — амплитуда сигнала >700 единиц; толчки 7 февраля 2012 г. в Японии — амплитуда сигнала >500 единиц и т.д. — всего около 20 случаев землетрясений различного класса маг-нитудой выше 3 баллов в регионах Азиатского континента в течение 18 месяцев за предыдущие годы (рис. 2) [4].
Все зарегистрированные сигналы получены за 10 ч до начала землетрясений и совпадали с разницей ±2 ч с указанными датами.
Зарегистрированные сигналы на начало землетрясения имеют узкий пик, превышающий фон на несколько порядков, а после прекращения землетрясения они падают до нуля. При этом отсутствует мертвое время, что позволяет регистрировать следующие предстоящие события, если они надвигаются (рис. 2). К сожалению, одна установка не позволяет определить координаты предстоящих событий, поэтому нельзя получить данные о месте расположения эпицентра землетрясения. Для определения направления эпицентра необходимо в сейсмоактивных регионах страны разместить сеть установок для регистрации нейтронов и заряженных частиц земной коры.
Число событий 1700 1500
1000
500
J.
0 10 20 10 20
10 20 10 20 10 20 10 20 Амплитуда сигнала
Рис. 2. Диаграмма полученных потоков сигналов за 10 ч до начала землетрясений.
Минимальное количество установок для вычисления направления расположения эпицентра землетрясения должно быть не менее трех.
Расположение аппаратуры в подвальном помещении упрощает ее обслуживание, кроме того, вклад от космических лучей из атмосферы снижается в 2.3 раза. В этом случае фон минимальный, и аппаратура регистрирует нейтроны и заряженные частицы земной коры, связанные с ее активностью.
Таким образом, описанная установка позволяет регистрировать с помощью различных детекторов вариации потоков заряженных частиц и нейтронов. Выявленная корреляция резкого изменения относительно фона сигнала от потоков нейтронов и заряженных частиц низкой энергии может служить надежным краткосрочным прогнозом землетрясений. Следует отметить высокую эффективность примененного метода, отсутствие мертвого времени для регистрации последующих событий, что позволяет рекомендовать метод к применению.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сердюкова А.С., Канктанов Ю.Т. Изотопы Rn и продукты их распада в природе. М.: Атомиздат, 1975.
2. Юлдашбаев Т.С., Максудов А.У. // ДАН РУз. 2010. № 3. С. 37.
3. Юлдашбаев Т.С., Максудов А.У. // ДАН РУз. 2012. № 2. С. 20.
4. Юлдашбаев Т.С., Муминов Р.А., Максудов А.У., Ша-якубов Д. //УФЖ АН РУз. 2012. № 3. С. 144.
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА № 1 2015
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.