Подземная физика и эффект влияния барометрического давления на подземный фоновый поток тепловых нейтронов
Стенькин Ю.В., Алексеенко В.В., Громушкин Д.М., Сулаков В.П., Щеголев О.Б.

Поступила в редакцию: 1 Ноября 2016

DOI: 10.7868/S0044451017050054

PDF (191.6K)

Известно, что нейтронный фон является серьезной проблемой для подземных низкофоновых экспериментов, таких как поиск темной материи, поиски двойного бета-распада и других экспериментов, объединяемых термином «подземная физика». Мы приводим здесь некоторые результаты, полученные с помощью эн-детектора площадью 0.75 м², который работает более четырех лет под землей на глубине 25 м водного эквивалента в Научно-исследовательском институте ядерной физики им. Д. В. Скобельцына Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. Наблюдаются спорадические увеличения потока тепловых нейтронов (до 3 раз). Явление можно объяснить адвекцией грунтовых газов, или, другими словами, эффектом «барометрической откачки» радона (barometric pumping effect). Суть его состоит в том, что перепады атмосферного давления создают градиент давления в грунте и вызывают адвекцию всех подземных газов. Скорость адвекции определяется пористостью или проницаемостью окружающих пород, но она всегда выше обычной скорости диффузии и всегда ограничена, что создает задержку между началом изменения давления и изменением концентрации газа в подземном помещении. Радиоактивный инертный газ радон, всегда присутствующий в грунте, является основным источником нейтронов на достаточно больших глубинах за счет (α ,n)-реакций, производимых в результате альфа-распадов радона и его дочерних ядер. Впервые барометрическая откачка обнаружена для нейтронов и показано существование антикорреляции между возрастанием потока тепловых нейтронов под землей и падением атмосферного давления, наблюдавшимся примерно за 2 дня до него.