Безуглов М.В., Малышевский В.С., Малыхина Т.В., Торговкин А.В., Фомин Г.В., Шраменко Б.И. Фоторождение космогенного бериллия-7 в земной атмосфере

(?+Ф)(?+2т/+Ф)

(2)

гдеа Еаа - кинетическая энергия протона (МэВ),а тсаа - энергия покоя протона (938 МэВ),

Ф - так называемый модулирующий множитель, учитывающий солнечную активность, который изменяется в диапазоне от 400 МэВ при минимальной солнечной активности до 1000 МэВ при максимальной.а Эмпирические константыа СДаа иаа Xаа равны следующим

величинамаа Ср = 1.244-106 1/(см2 сек МэВ), х = 780ехр(-0.00025?^) .

Полный поток гамма квантов разбивался на нисходящую (Downward) и восходящую (Upward) компоненты. Каждая из компонент имеет свою зависимость от глубины атмосферы и энергетическое распределение. Некоторые результаты моделирования потока гамма-квантов при умеренной солнечной активности показаны на рис.5. На рис.6 представлено сравнение полученных нами результатов с данными экспериментальных измерений и компьютерного моделирования, проведенного в работе [9]. Как видно программный модуль Planetocosmic пакета библиотек Geant4 дает удовлетворительное согласие с результатами измерений.

ю-

10

Е, MeV

Рис. 6. Сравнение результатов моделирования потока гамма-квантов на высоте 5 км (сплошная линия) с данными экспериментальных измерений и компьютерного моделирования (пунктирная линия), проведенного

в работе [9].

Электронный научный журнал "Исследовано в России"а 598 Фотоядерное производство Be в атмосфере

Расчет скорости образования Pt(h) изотопа Be в z'-ом фотоядерном канале на заданной глубине атмосферы h можно провести по следующей формуле:

Pt(h) = Nt(A)/dEai(E)J(E,h) Nt(A) < ог > /dEJ(E,h),(3)

где, iV. (И) - число атомова мишени в одном грамме воздуха на высотеа /г,аа а. (Е) - сечение

соответствующей фотоядерной реакции,а <а.>- среднее значение сечения в интервале

(Е1,Е2), J(E,H) - плотность потока фотонов. Если плотность потока фотонов задается как

[J(E,h) ] = 1/(см2 сек МэВ), то формула (3) даст число изотопов Be7, рождаемых в 1 сек в

1 грамме воздуха на заданной высоте, т.е. \_Pt(h) ] = 1/(г сек).

Интервала интегрированияа выбираетсяа ота порогаа фотообразованияаа Е1 = ЕЩ~таа в

соответствующем канале реакцииаа до максимальногоаа значения Е2. Для канала

80 (у,Х)4Ве интервал интегрирования может быть распространен вплоть до энергии 1 ГэВ если принять во внимание результаты работы [6]. Отсутствие аналогичных данных для канала 7N (у,Х)4Ве не позволяет для него распространить интегрирование в высокоэнергетичную область. Однако можно сделать верхнюю оценку, экстраполируя по аналогии с реакцией gOа (у,Х)4Ве , среднее значение сечения до энергий 1 ГэВ.

На рис. 7 представлены результаты численных расчетов скорости фотопроизводства изотопов Be в зависимости от высоты на экваторе с учетом суммарного вклада от восходящей и нисходящей компонент потока гамма квантов. Максимум производства образования Be достигается на высоте 15-17 км. На рис. 7 приведены также результаты расчетов [10] производства изотопов Be за счет реакций скалывания на протонах и нейтронах. Как видно из рисунков, вклад фотоядерного механизма в производство Be в экваториальной области земной атмосферы не мал и сравним с вкладом от протонного и нейтронного механизмов.

Электронный научный журнал "Исследовано в России"а 599 Equatorialа Be production

10а

'га

10

- 10s

10"

ЧжЧ Photoproduction

--ж-- Proton+Neutron Production

10-

10

15аа 20

h, km

25

30

35

40

Рис. 7. Скорость фотопроизводства изотопов Be7 в земной атмосфере в зависимости от высоты на экваторе (красная линия). Синяя линия - вклад от протонного и нейтронного механизма [10]. Пунктиром показана прогнозная оценка при экстраполяции данных в азотном канале до энергии гамма квантов 1 ГэВ.

На рис. 8 представлены результаты численных расчетов широтной зависимости скорости фотопроизводства изотопов Be также с учетом суммарного вклада от восходящей и нисходящей компонент потока гамма квантов. Как следует из приведенных результатов, фотоядерное производство Be в отличие от протонного и нейтронного механизмов [10] обнаруживает довольно слабую широтную зависимость.

40 Latitude

Рис. 8. Широтная зависимость скорости фотопроизводства изотопов Be7

Электронный научный журнал "Исследовано в России"а 600 В работе на пучке тормозного излучения с верхней границей энергиии 90 МэВ линейного ускорителя электронов ННЦ ХФТИ проведены исследования с целью оценки средних значений сечений (от порога до 90 МэВ) реакций А(у,Х)Ве на элементах В, С, N и О природного изотопного состава. На основании существующих данных и измеренных сечений фотообразования Be , а также моделирования ядерно-электромагнитного каскада в атмосфере впервые исследован вклад фотоядерного механизма в производство космогенного радиоизотопа Be в земной атмосфере и его широтная зависимость. Показано, что вклад фотоядерного механизма сравним с вкладом протонного и нейтронного механизмов (см., например, [4,8,10]) образования Be в атмосфере. Отсутствие данных для азотного фотоядерного канала в области высоких энергий гамма-квантов не позволяет получить более детальные оценки. Поэтому полученные в работе результаты следует рассматривать как нижнюю границу фотопроизводства Be в атмосфере. Фотоядерное производство Be в отличие от протонного и нейтронного механизмов обнаруживает довольно слабую широтную зависимость. Таким образом, проведенное исследование показывает, что вклад фотоядерного механизма в производство космогенного Be необходимо учитывать при анализе процессов накопления и переноса Be в приземном слое атмосферы. итература

1. Бураева Е.А., Давыдов М.Г., Зорина Л.В., Малышевский B.C., Стасов В.В. Содержание космогенного Ве-7 в приземном слое воздуха умеренных широт.// Атомная энергия, 2007, Т. 102, В.6, С. 370-374.
2. Бураева Е.А., Давыдов М.Г., Зорина Л.В., Малышевский B.C., Стасов В.В. Содержание Ве-7 в приземном слое воздуха г. Ростова-на-Дону.// АНРИ, 2007, № 1, С.63-67.
3. Петрова Т.Б., Охрименко С.Е., Власов В.К., Микляев П.С. Содержание бериллия-7 в атмосферном воздухе г. Москвы. //АНРИ, 2003, № 3, С.22-29.
4. Yoshimori М. Production and behavior of beryllium-7 radionuclide in the upper atmosphere.//Advances in Space Research, 2005, V.36, P.922-926.
5. Кириченко В.В., Ходячих А.Ф., Вацет П.И., Догюст И.В., Золенко В.А. Исследование реакций 12C(y,pa)7Li и 12C(y,na)7Be при Еутах=120 МэВ. //Ядерная физика, 1979, Т.29, В.З, С. 572-581.
6. Matsumura Н., Washiyama К., Haba Н., Miyamoto Y., Oura Y., Sakamoto К., Shibata S., Furukawa M., Fujiwara I., Nagai H., Kobayashi Т., Kobayashi K. Target-dependence of light

Электронный научный журнал "Исследовано в России"а 601

1. Desorgher L., Fluckiger E.O., Gurtner M., Moser Ml, Butikofer R. ATMOCOSMICS: a GEANT4 code for computing the interaction of cosmic rays with the Earth's atmosphere. //International J. Modern Phys. A, 2005, V.20, P.6802-6804.
2. Masarik J., Beer J. Simulation of particle fluxes and cosmogenic nuclide production in the Earth's atmosphere. //J. Geophys. Res., 1999, V.104, P.12099-12111.
3. Cecchini S., Chiarusi Т., Pagliarin A., Giovannini G., On the altitude dependence of gamma-rays spectra in the Earth's atmosphere. //29th International Cosmic Ray Conference Pune (2005).

Usoskin I.G., Kovaltsov G.A. Production of cosmogenic 7Be isotope in the atmosphere: Full      Все научные статьи