Устройство для регистрации нейтронного излучения в качестве предвестника землетрясения

Полезная модель относится к области сейсмологии и может быть использована для регистрации аномального потока излучения нейтронов в качестве предвестника землетрясений или для иных применений с использованием высокочувствительных измерений нейтронов.

Устройство для регистрации потока нейтронного излучения в сейсмически активных зонах содержит 15 стандартизованных газоразрядных счетчиков тепловых нейтронов 3, сумматор, операционный усилитель, дискриминатор, усилитель мощности, регистратор импульсов 11 и блок памяти 12. На корпусе устройства закреплен полиэтиленовый замедлитель энергии нейтронов 13, что позволяет регистрировать появление потока излучений нейтронов в широком диапазоне энергий от медленных до быстрых.

Полезная модель относится к области регистрации потока нейтронного излучения в сейсмически активных зонах.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что основополагающие работы В.И.Вернадского и А.Л.Чижевского об установлении влияния солнечной активности на процессы, проистекающие на Земле, получили свое продолжение, особенно, со времени запуска первого искусственного спутника Земли. Среди множества проблем выкристаллизировался вопрос о связи сейсмичности Земли с солнечной активностью, см. работу автора Сытинского А.Д. (Известия АН СССР, «Физика Земли», 1989, №2, с. 13), а также работу авторов Шестопалова И.П. и др.

«Геоэффективные солнечные вспышки и сейсмическая активность земли», (Известия АНРФ, «Физика Земли», 1998, №7, с. 85-90).

Занимаясь аспектом связи сейсмической активности Земли с активностью Солнца, авторы полезной модели сделали вывод, что существует высокая корреляция между сейсмической энергией и нейтронным излучением, потоки которых увеличиваются на Земле за несколько дней перед крупными землетрясениями, при этом величина сейсмической энергии непосредственно связана с этими потоками. Поэтому целесообразно, использовать факт появления аномального потока нейтронов из земной коры в местах ее разломов в качестве одного из предвестников землетрясений, а по энергетике этого потока прогнозировать события.

При анализе патентной литературы был выявлен ряд изобретений, в которых для регистрации излучения нейтронов используют газоразрядные счетчики. Так из Su 10726116 (G 01 Т 3/00, 1978) известно устройство для регистрации нейтронов газоразрядным счетчиком с обеспечением, по мнению автора, абсолютной величины его чувствительности тем, что в качестве полезного сигнала, формирующего счетный импульс, используют инвариантную относительно ядерно-ионизационных процессов составляющую импульс счетчика.

Известно также устройство для регистрации нейтронного излучения (см. описание Su 1512342, G 01 Т 3/00, 1998), которое содержит газоразрядный счетчик с нагрузкой, схему согласования и питание от источников высокого и низкого напряжений. Для достижения повышения эффективности и улучшения разрешающей способности нагрузка счетчика выполнена электронной частотно-зависимой на основе операционного усилителя с емкостной обратной связью.

Однако, известные устройства для регистрации нейтронного излучения, обладающие для решения конкретных задач, по мнению их авторов, высокой эффективностью и улучшенной разрешающей способностью не способны регистрировать присутствие нейтронов в сейсмически активных зонах, поскольку их высокая разрешающая способность недостаточна для фиксирования упомянутых выше излучений в столь специфических условиях.

Устройство по Su 1512342 авторами настоящей заявки на полезную модель выбрано в качестве прототипа в силу того, что оба устройства (известное и заявляемое) имеют большое количество общих признаков, а именно, наличие газоразрядного счетчика, операционного усилителя полезных сигналов, нагрузки счетчика в виде частотно-зависимого фильтра, дискриминатора, регистратора, а также высоко-и низковольтного источников питания.

Кроме того, каждое из этих устройств работает в различных условиях: первый на фоне гамма-излучений, а заявляемый - на фоне исходящих в местах разломов земных недр газов и разнообразных излучений.

Целью предлагаемого технического решения является повышение чувствительности устройства до его способности обеспечить регистрацию минимального потока излучения нейтронов в условиях сейсмически активных районов.

Эту цель можно осуществить, если в известную блок-схему устройства кроме общих вышеперечисленных признаков ввести дополнительно следующие: многократно увеличить количество газоразрядных счетчиков в устройстве, перед блоком усилителя разместить сумматор сигналов, между дискриминатором и регистратором импульсов - формирователь импульсов и усилитель мощности, а после блока

регистратора импульсов разместить блок памяти с выводом к компьютерному блоку анализов.

Все перечисленные элементы и блоки последовательно соединены друг с другом односторонними связями.

В качестве единицы газоразрядного счетчика может быть использован газоразрядный счетчик тепловых нейтронов, например, промышленно выпускаемый Си 19Н, в качестве наполнителя которого использована смесь газов состав которой: 39,9х10 Па (3,88 атм) Не (гелий-3) и 1,29х10 Па (0,12 атм) Аr (аргон). При этом чувствительность, достаточную для регистрации минимальных потоков излучений нейтронов обеспечивает комплект из 15 газоразрядных счетчиков медленных нейтронов Си 19Н, установленных в кассету, размещенную в корпусе устройства, на котором с наружной стороны закреплен полиэтиленовый замедлитель энергии регистрируемых нейтронов, который позволяет регистрировать нейтроны в широком диапазоне энергии: от тепловых до быстрых.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства.

На фиг.2 -фрагмент конструктивного решения.

Устройство для регистрации аномального потока нейтронного излучения состоит из двух Комплексных блоков I и II, первый из которых является измерительным, а второй - регистрирующим. Оба блока смонтированы в корпусе 1 с крышкой 2, при этом для размещения комплекта газоразрядных счетчиков 3, принадлежащих блоку I, в корпусе имеется кассета 4. Комплексный блок II выполнен в виде платы 5, на которой последовательно смонтирован сумматор сигналов 6, операционный усилитель 7, дискриминатор 8, формирователь 9, усилитель мощности 10, регистратор импульсов 11 и блок памяти 12. На поверхности корпуса закреплен

полиэтиленовый замедлитель 13. В модели используются источники высоковольтного и низковольтного питания. В качестве газоразрядных счетчиков в данной конструкции могут быть использованы газоразрядные счетчики теплового нейтронного излучения в количестве обеспечивающем значительную величину геометрического фактора, а в качестве рабочего наполнителя счетчика целесообразно использовать газ, например, гелий-3. Авторами было испытано устройство, в котором было установлено 15, промышленно выпускаемых, газоразрядных счетчиков Си 19 Н с наполнителем в виде газа гелий-3 с добавкой аргона. Такое количество газоразрядных счетчиков обеспечило величину геометрического фактора равную 652 см². Устройство может использоваться в двух вариантах: с полиэтиленовым замедлителем (в этом случае диапазон энергии регистрируемых нейтронов - от тепловых до быстрых) и без замедлителя (-тепловые нейтроны). Масса прибора около 10 кг. Габаритные размеры - (612х494х107) мм.

Работу устройства можно представить в следующем виде.

Установленное в сейсмически активной зоне устройство пропускает через Комплексный блок I, т.е. через всю контролируемую газоразрядными счетчиками площадь, свободно исходящий поток газов и излучений. Полученные каждым счетчиком импульсы попадают для сложения в сумматор сигналов 6, (т.е. в Комплексный блок II), затем в усилитель 7 для усиления сигналов, затем, проходя дискриминатор 8, они попадают в формирователь 9, где нейтронным импульсам обеспечивается одинаковая длительность, равная 10 мкс. В усилителе мощности 10 происходит формирование амплитуды выходных импульсов, после чего срабатывает регистратор импульсов 11 и зафиксированный сигнал передается на хранение в блок памяти 12, из которого он может быть востребован, по мере надобности, при анализе

аномального потока нейтронных излучений в качестве предвестника землетрясений. При этом следует особо отметить роль установленного на корпусе полиэтиленового замедлителя 13, которым можно замедлить величину энергии, поступающих на счетчик 3 нейтронов и тем самым регулировать диапазон регистрации (от тепловых до быстрых).

Таким образом, предлагаемое устройство для регистрации нейтронного излучения позволяет заблаговременно выявлять появление аномального потока излучения нейтронов в качестве нового предвестника землетрясения, то есть уже на ранней стадии его выхода на земную поверхность.

1. Устройство для регистрации потока нейтронного излучения в качестве предвестника землетрясений, содержащее смонтированные в одном корпусе измерительный и обрабатывающий блоки, при этом счетный элемент измерительного блока выполнен газоразрядным, обрабатывающий блок включает операционный усилитель, дискриминатор и регистратор, а в качестве элементов питания использованы высоковольтный и низковольтный источники, отличающееся тем, что счетный элемент измерительного комплексного блока выполнен в виде комплекта газоразрядных счетчиков теплового нейтронного излучения, установленного в кассете с возможностью обеспечения геометрического фактора устройства не менее 600 см², в обрабатывающий блок дополнительно введены: сумматор сигналов, формирователь длительности импульсов, усилитель мощности для формирования амплитуды импульсов и блок памяти с возможностью передачи результатов регистрации в устройство для их анализа, кроме того, на корпусе устройства закреплен полиэтиленовый замедлитель с возможностью изменения регистрации нейтронов в широком диапазоне энергии: от тепловых до быстрых.

2. Устройство п.1, отличающееся тем, что в кассете измерительного блока установлено свыше десяти агрегированных промышленно освоенных газоразрядных счетчиков тепловых нейтронов Cu 19 Н, использующих смесь газов состава: 39,9× 10 Па гелия-3 и 1,20× 10 Па аргона.