Пропустить команды ленты
Пропустить до основного контента
SharePoint

 

В ядерных взаимодействиях космических лучей с веществом метеоритов образуются космогенные (т.е. индуцированные космическим излучением) радионуклиды с разными периодами полураспада T1/2. Их глубинные распределения в изотропно облучаемых космических телах подчиняются строгим закономерностям, знание которых позволяет воссоздать сложную экспозиционную историю метеоритов, оценить их доатмосферную массу, абляцию, экранировку образцов, протяженность орбиты [Лаврухина, Устинова, 1990; Alexeev, Ustinova, 1995]. C другой стороны, космогенные радионуклиды являются естественными детекторами космического излучения вдоль метеоритных орбит в течение ~1.5T1/2 перед падением метеоритов на Землю.

В зависимости от быстроты доставки выпавших метеоритов в лаборатории, удается измерить содержания самых разных радионуклидов от 24Na (T1/2 = 15 час) до 40K (T1/2 =1.48«109 лет). Это позволяет, благодаря непрерывно падающим метеоритам, производить мониторинг интенсивности и вариаций космических лучей в трехмерной гелиосфере на длительной временной шкале [Лаврухина, Устинова, 1990; Ustinova, 1995; Алексеев, Устинова, 2005, 2006]. Именно поэтому свежевыпавшие метеориты представляют наибольший интерес. В них, большей частью, удается гамма-спектрометрическим методом без разрушения образцов измерить содержания радионуклидов 46Sc (Т1/2=83.8 дн), 54Mn (312 дн), 22Na (2.6 г),  60Co (5.26 г), 26Al (0.72 млн. лет).

 Уровни активности космогенных радионуклидов обычно очень низки: порядка 1 Бк и менее на 1 кг вещества. Поэтому определение столь низких уровней радиоактивности в метеоритах, лунном веществе и других природных объектах выполняется в Лаборатории на низкофоновом g-спектрометрическом комплексе [Лаврухина и др, 1972, 1992; Lavrukhina, Gorin, 1973; Виноградов и др., 1974; Горин и др.,1982; Fleishman et al., 1987; Алексеев, Горин, 2004; Алексеев и др., 2009].

Конструкция комплекса и методика измерения подробно рассмотрены в [Лаврухина и др., 1992]. Система блоков детектирования комплекса состоит из двух анализирующих низкофоновых сцинтилляционных блоков детектирования с кристаллами NaI(Tl) Æ12.0´10.2 см и блока активной защиты на основе цилиндрического пластмассового сцинтиллятора Æ50´65 см со сквозным осевым отверстием Æ15 см. Исследуемый образец (без его разрушения) помещается в фиксированной геометрии между анализирующими блоками детектирования, которые во время измерений располагаются в горизонтальном осевом канале блока активной защиты.

Работа активной защиты основана на принципе антисовпадений во времени сигналов анализирующих блоков с сигналами защитного блока. Применение активной защиты приводит не только к существенному снижению фона (особенно его космической составляющей), но и к снижению комптоновского "пьедестала" получаемых g-спектров [Alexeev et al., 1982]. Кроме активной защиты используется также пассивная защита – массивная защитная камера, которая эффективно снижает фон от внешнего излучения. Защитная камера собрана из стальных пластин (для их изготовления была специально выбрана "старая" сталь); толщина пакета пластин в боковых стенках и снизу 30 см, сверху 40 см.

Для подавления фона от быстрых нейтронов космического излучения в боковых стенках и верхней части камеры проложен слой из смеси парафина (75%) с борной кислотой (25%): с боков 10 см, сверху 15 см. Сигналы от анализирующих блоков детектирования подаются на два спектрометра. Один избирательно анализирует радионуклиды, распадающиеся с испусканием одиночных g-квантов (137Cs, 54Mn, 40K и т.п.): сигналы от обоих блоков перед поступлением на анализ проходят через линейный смеситель, в случае их совпадения во времени анализ запрещается схемой совпадений. Другой – спектрометр γ-γ-совпадений – в зависимости от настройки окон двух дифференциальных дискриминаторов избирательно анализирует либо позитронные излучатели (22Na, 26Al и др.) при настройке окон на аннигиляционную g-линию 511 кэВ, либо радионуклиды с каскадом g-квантов в схеме распада, например пары 46Sc и  60Co  при настройке окон на попадание g-квантов 1119 кэВ 46Sc и 1173 кэВ 60Cо или пары  214Bi (ряд 238U) и  208Tl (ряд 232Th) при настройке на близкие g-линии 583 кэВ 208Tl  и 609 кэВ 214Bi.

Высокая чувствительность комплекса позволила с достаточной точностью определить космогенные 26Al  и  22Na в очень малой (9.8 г) пробе лунного грунта [Лаврухина и др, 1979]. Активности 26Al  и 22Na в пробе грунта на время измерений составляли (10.4 ± 1.0)´10-3 Бк и (5.6 ± 0.8)´10-3 Бк соответственно.

Некоторые параметры комплекса приведены в табл.  Для измерения фона изготавливаются неактивные модели, геометрически и по массе подобные исследуемым образцам. Измерения образцов и фона обычно проводятся поочередно циклами по 20-25 часов.

Литература

Алексеев В.А., Горин В.Д. (2004) Идентификация космического вещества по соотношению содержаний космогенных и естественных радионуклидов // Астрономический вестник. Т. 38. № 2. С. 108-112.

 Алексеев В.А., Горин В.Д., Кашкаров Л.Л. (2009) Исследование радиоактивного загрязнения окружающей среды методами низкофоновой гамма-спектрометрии и трекового анализа // Материалы III Междунар. конф. "Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека". Томск.  С. 36-40.

 Алексеев В. А., Устинова Г. К. (2005) Корреляционный анализ вариаций солнечной активности и градиентов галактических космических лучей в гелиосфере по метеоритным данным // Изв. РАН. Сер. Физ. Т. 69. № 6. С.846-849.

Алексеев В.А., Устинова Г.К. (2006) Солнечная модуляция галактических космических лучей в трехмерной гелиосфере по метеоритным данным // Геохимия.  № 5. С.467-482.Виноградов А.П., Лаврухина А.К., Горин В.Д., Устинова Г.К. (1974) Космогенные 26Al и 22Na в лунном реголите, доставленном "Луной-16" // Лунный грунт из Моря Изобилия. М.: Наука,  С. 410-416.

Горин В.Д., Демьянов А.В., Лаврухина А.К., Малышев В.В., Роганов В.С., Устинова Г.К. (1982) Реакции расщепления железа и алюминия  p--мезонами с энергией 89, 160 и 288 МэВ // Ядерная физика. Т. 36. Вып. 5(11). С. 1094-1102.

Лаврухина А.К., Горин В.Д., Устинова Г.К. (1972) Пространственные вариации космических лучей по данным о радиоактивности метеоритов с известными орбитами // Изв. АН СССР. Сер. физ.  Т. 36. № 11. С. 2306-2311.

Лаврухина А.К., Горин В.Д., Устинова Г.К. (1979) Интенсивность галактических и солнечных космических лучей по результатам g-g-спектрометрии лунного грунта, доставленного АЛС "Луна-16" и "Луна-20" // Грунт из материкового района Луны. М.: Наука.  С. 541-546.

Лаврухина А.К., Устинова Г.К. (1990) Метеориты – зонды вариаций космических лучей. М.: Наука,  262с.

Лаврухина А.К., Алексеев В.А., Горин В.Д., Ивлиев А.И. Низкофоновая радиометрия. М.: Наука, 1992. 212 с.

Alexeev V.A., Gorin V.D., Dimchev T., Ivliev A.I., Smirnov I.V., Triumfov N.G., Tsvetkov O.S. (1982) Shields for low radioactivity measurements // Proc. 2nd Int. Conf. on Low-level Counting. Bratislava: VEDA Publ. House, V. 2. P. 71-77.

Alexeev V.A., Ustinova G.K. (1995) Cosmogenic nuclide evidence on ages, sizes and orbits of meteorites // Nucl. Geophys.  V. 9. N 6. P.609-618.

Fleishman D.G., Gorin V.D., Gritchenko Z.G. (1987) Cosmogenic 22Na and dating of natural fresh waters // Proc. 3rd Int. Conf. Low Radioactivities 85. Bratislava: VEDA Publ. House. P. 123-126.

Lavrukhina A.K., Gorin V.D. (1973) 26Al and 22Na measurements on Luna 16 samples by nondestructive gamma-gamma coincidence spectrometry // Space Research. Berlin: Acad. VerlagV. 13. P. 991-996.

Ustinova G.K. (1995) Cosmic rays in the heliosphere and cosmogenic nuclides // Nucl. GeophysV. 9. N 3. P. 273-281.