Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2017. № 4(20). C. 28-34. ISSN 2079-6641

Содержание

DOI: 10.18454/2079-6641-2017-20-4-28-34

УДК 551.521.6

ОЦЕНКА ВКЛАДА КОСМИЧЕСКОЙ КОМПОНЕНТЫ В СУММАРНЫЙ β- И γ- ФОН ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ

А. С. Зелинский, В. С. Яковлева

Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30

E-mail: vsyakovleva@tpu.ru

Представлены результаты моделирования в среде Geant4 характеристик атмосферных полей γ- и β-излучений, формирующихся при прохождении первичных космических лучей через атмосферы Земли. Оценки плотности потоков γ- и β-излучений с энергиями 50 кэВ–3 МэВ, формирующихся галактическим космическим излучением в приземной атмосфере составили около 33 и 1.5 м-²с-¹, соответственно, что существенно ниже потоков, которые формируются почвенными и атмосферными радионуклидами. Получено, что вклад космической компоненты в суммарный γ- и β-фон приземной атмосферы на высотах около 50 м от земной поверхности составляет всего лишь около 0.06% и 1.14%, соответственно. В работе также был исследован барометрический эффект в различных диапазонах энергий фотонов и электронов.

Ключевые слова:моделирование, космическое излучение, ионизирующее излучение, приземная атмосфера, давление, барометрический эффект, Geant4

© Зелинский А. С., Яковлева В. С., 2017

MSC 78A10

THE ESTIMATION OF COSMIC RAY COMPONENT CONTRIBUTION INTO THE TOTAL β- AND γ-BACKGROUND OF ATMOSPHERE

A. S. Zelinskii, V. S. Yakovleva

National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia

E-mail: vsyakovleva@tpu.ru

Simulation results of characteristics of atmospheric γ- and β-radiation fields, which are
produced by primary cosmic rays when overcoming an Earth’s atmospheres, with using
Geant4 are presented. Estimates of γ- and β-radiation flux density with energies of 50 keV–3 MeV formed in ground atmosphere by cosmic radiation are 33 and 1.5 m-² s-¹, approximately, that is significantly lower than that formed by soil and atmospheric radionuclides. It was received that the contribution of cosmic component into the total γ- and β-background of the ground atmosphere at the heights of about 50 m from the land surface is only about 0.06 % and 1.14 %, respectively. The barometric effect within various ranges of energies of photons and electrons was also investigated in the work.

Key words: simulation, cosmic radiation, ionizing radiation, ground atmosphere, pressure, barometric effect, Geant4

© Zelinskii A. S., Yakovleva V. S., 2017

Список литературы

  1. Адегбулугбе С. К., Исследование динамики радиационного фона приземной атмосферы, магистерская дис., Томск, 2017, 98 с. [Adegbulugbe S. K., Issledovanie dinamiki radiatsionnogo fona prizemnoy atmosfery, magisterskaya dis., Tomsk, 2017, 98 pp.]
    2. Mitchell A.L., Kouzes R.T., Borgardt J.D., Skyshine Contribution to Gamma Ray Background Between 0 and 4 MeV, Washington, 2009, 27 http://www.pnl.gov/main/publications/external/technical_reports/PNNL-18666.pdf pp.
    3. Балабин Ю.В, Германенко А.В, Гвоздевский Б.Б, Вашенюк Э.В., “Особенности вариации гамма-излучения во время осадков”, Physics of Auroral phenomena, 35th annual seminar, KSC RAS, Apatity, 2012, 143–146. [Balabin Yu.V, Germanenko A.V, Gvozdevskiy B.B, Vashenyuk E.V., “Osobennosti variatsii gamma-izlucheniya vo vremya osadkov”, Physics of Auroral phenomena, 35th annual seminar, KSC RAS, Apatity, 2012, 143–146].
    4. Яковлева В.С., Нагорский П.М., Черепнев М.С., “Формирование α-, β — и γ-полей приземной атмосферы природными атмосферными радионуклидами”, Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки, 2014, №1(8), 86-96. [Yakovleva V.S., Nagorskiy P.M., Cherepnev M.S., “Formirovanie α-, β- i γ-poley prizemnoy atmosfery prirodnymi atmosfernymi radionuklidami”, Vestnik KRAUNTs. Fiz.-mat. nauki, 2014, №1(8), 86-96].
    5. Яковлева В. С., Нагорский П. М, Яковлев Г. А., “Метод мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта”, Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки, 2016, №1(12), 85–93. [Yakovleva V. S., Nagorskiy P. M, Yakovlev G. A., “Metod monitoringa plotnosti nevozmushchennogo potoka radona s poverkhnosti grunta”, Vestnik KRAUNTs. Fiz.-mat. nauki, 2016, №1(12), 85–93].
    6. Яковлева В. С., Каратаев В. Д., Зукау В. В., “Моделирование атмосферных полей γ- и β-излучений, формирующихся почвенными радионуклидами”, Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки, 2011, №1(2), 64–73. [Yakovleva V. S., Karataev V. D., Zukau V.V., “Modelirovanie atmosfernykh poley γ- i β-izlucheniy, formiruyushchikhsya pochvennymi radionuklidami”, Vestnik KRAUNTs. Fiziko-matematicheskie nauki, 2011, №1(2), 64–73].
    7. Яковлева В. С., Нагорский П. М., Зукау В. В., Лужанчук Я. В., “Модель вертикального распределения плотности плазмы приземной атмосферы”, Известия вузов. Физика, 53:11/2 (2010), 86–88. [Yakovleva V. S., Nagorskiy P. M., Zukau V.V., Luzhanchuk Ya.V., “Model’ vertikal’nogo raspredeleniya plotnosti plazmy prizemnoy atmosfery”, Izvestiya vuzov. Fizika, 53:11/2 (2010), 86–88].
    8. Маурчев Е. А., Балабин Ю. В., Вашенюк Э. В., Гвоздевский Б. Б., “Моделирование прохождения галактических космических лучей через атмосферу”, Наука и образование – 2012, междунар. науч.-техн. конф. (Мурманск, 2-6 апреля 2012 г.), 92-96. [Maurchev E. A., Balabin Yu.V., Vashenyuk E.V., Gvozdevskiy B. B., “Modelirovanie prokhozhdeniya galakticheskikh kosmicheskikh luchey cherez atmosferu”, Nauka i obrazovanie – 2012, mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. (Murmansk, 2 — 6 aprelya 2012 g.), 92-96].
    9. Geant4 http://geant4.cern.ch.
    10. ТОРИИ http://portal.tpu.ru/portal/page/portal/torii/achievement. [ TORII
    http://portal.tpu.ru/portal/page/portal/torii/achievement].
    11. ГОСТ 25645.150-90 Модель изменения потоков частиц, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
    СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ЛУЧИ КОСМИЧЕСКИЕ ГАЛАКТИЧЕСКИЕ, Издатель-
    ство стандартов, М., 1991, 11 с. [ GOST 25645.150-90 Model’ izmeneniya potokov chastits, GOSUDARSTVENNYY STANDART SOYuZA SSR LUChI KOSMIChESKIE GALAKTIChESKIE, Izdatel’stvo standartov, M., 1991, 11 pp.]
    12. ГОСТ 24631-81 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР АТМОСФЕРЫ СПРАВОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, Издательство стандартов, М., 1982, 33 с. [ GOST 24631-81 GOSUDARSTVENNYY STANDART SOYuZA SSR ATMOSFERY SPRAVOChNYE PARAMETRY, Izdatel’stvo standartov, M., 1982, 33 pp.]
    13. Ядерная физика в Интернете http://nuclphys.sinp.msu.ru/p/pp268-285.pdf.[Yadernaya fizika v Internete http://nuclphys.sinp.msu.ru/p/pp268-285.pdf].
    14. Янчуковский В. Ф., Геофизические эффекты космических лучей и экспериментальные методы их исследования, автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук, Новосибирск, 2008, 38 с. [Yanchukovskiy V. F., Geofizicheskie effekty kosmicheskikh luchey i eksperimental’nye metody ikh issledovaniya, avtoref. dis. d-ra fiz.-mat. nauk, Novosibirsk, 2008, 38 pp.]
    15. Нагорский П. М., Ипполитов И. И., Смирнов С. В., Яковлева В. С., Каратаев В. Д., Вуколов А. В., Зукау В. В., “Особенности мониторинга радиоактивности в системе «литосфера-атмосфера» по β- и γ-излучениям”, Известия ВУЗов. Физика, 2010, №11. [Nagorskiy P. M., Ippolitov I. I., Smirnov S.V., Yakovleva V. S., Karataev V. D., Vukolov A.V., Zukau V.V., “Osobennosti monitoringa radioaktivnosti v sisteme «litosferaatmosfera» po β- i γ-izlucheniyam”, Izvestiya VUZov. Fizika, 2010, №11].

Список литературы (ГОСТ)

  1. Адегбулугбе С.К. Исследование динамики радиационного фона приземной атмосферы: магистерская дис. Томск, 2017. 98 с.
    2. Mitchell A.L., Kouzes R.T., Borgardt J.D. Skyshine Contribution to Gamma Ray Background Between 0 and 4 MeV: Washington, 2009. 27 p. URL: http://www.pnl.gov/main/publications/external/technical_reports/PNNL-18666.pdf (Дата обращения: 26.12.17).
    3. Балабин Ю.В, Германенко А.В, Гвоздевский Б.Б, Вашенюк Э.В, Особенности вариации гамма-излучения во время осадков // Physics of Auroral phenomena, 35th annual seminar, 2012, KSC RAS, Apatity, P. 143-146.
    4. Яковлева В.С., Нагорский П.М., Черепнев М.С. Формирование α-, β- и γ-полей приземной атмосферы природными атмосферными радионуклидами // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2014. № 1(8). C. 86-96.
    5. Яковлева В.С., Нагорский П.М, Яковлев. Г.А., Метод мониторинга плотности невозмущенного потока радона с поверхности грунта // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2016. № 1(12). C. 85-93.
    6. Яковлева В.С., Каратаев В.Д., Зукау В.В. Моделирование атмосферных полей γ- и β-излучений, формирующихся почвенными радионуклидами // Вестник КРАУНЦ. Физико-математические науки. 2011. №1 (2). С. 64–73.
    7. Яковлева В.С., Нагорский П.М., Зукау В.В., Лужанчук Я.В. Модель вертикального распределения плотности плазмы приземной атмосферы // Известия вузов. Физика. 2010. Т. 53. № 11/2. С. 86–88.
    8. Маурчев Е.А., Балабин Ю. В., Вашенюк Э. В., Гвоздевский Б. Б., Моделирование прохождения галактических космических лучей через атмосферу // Наука и образование – 2012, материалы междунар. науч.-техн. конф., Мурманск, 2 — 6 апреля 2012 г., C. 92-96.
    9. Geant4. URL: http://geant4.cern.ch (Дата обращения: 26.12.17).
    10. ТОРИИ. URL: http://portal.tpu.ru/portal/page/portal/torii/achievement (Дата обращения: 26.12.17).
    11. ГОСТ 25645.150-90 Модель изменения потоков частиц ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ЛУЧИ КОСМИЧЕСКИЕ ГАЛАКТИЧЕСКИЕ. М.: Издательство стандартов, 1991. 11 с.
    12. ГОСТ 24631-81 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР АТМОСФЕРЫ
    СПРАВОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ. М.: Издательство стандартов, 1982. 33 с.
    13. Ядерная физика в Интернете. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/p/pp268-285.pdf (Дата обращения: 13.03.17).
    14. Янчуковский В. Ф. Геофизические эффекты космических лучей и экспериментальные методы их исследования: автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук. Новосибирск, 2008. 38 с.
    15. Нагорский П.М., Ипполитов И.И., Смирнов С.В., Яковлева В.С., Каратаев В.Д., Вуколов А.В., Зукау В.В. Особенности мониторинга радиоактивности в системе «литосфера-атмосфера» по β- и γ-излучениям // Известия ВУЗов. Физика. 2010. № 11.

Для цитирования: Зелинский А. С., Яковлева В. С. Оценка вклада космической компоненты в суммарный β- и γ- фон приземной атмосферы // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2017. № 4(20). C. 28-34. DOI: 10.18454/2079-6641-2017-20-4-28-34
For citation: Zelinskii A. S., Yakovleva V. S. The estimation of cosmic ray component contribution into the total β- and γ- background of atmosphere, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2017, 20: 4, 28-34. DOI: 10.18454/2079-6641-2017-20-4-28-34

Поступила в редакцию / Original article submitted: 08.11.2017

Zel

Зелинский Алексей Сергеевич – аспирант, Томский политехнический университет г. Томск, Россия.
Zelinsky Alexey Sergeevich – postgraduate student, Tomsk
Polytechnic University Tomsk, Russia.

1

1

1

1

YakЯковлева Валентина Станиславовна – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры прикладной физики, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия.
Yakovleva Valentina Stanislavovna – Dr. Sci. (Tech.), Associate Professor, Professor of Dep. Applied Physics, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia.

1

1

Скачать статью  Зелинский А.С., Яковлева В.С.