Структура временных рядов радиации окружающей среды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат физико-математических наук Мья Сан

• Мья Сан
• кандидат физико-математических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Мья Сан

Введение.

Глава 1.

Аспекты исследования радиации окружающей среды.

Компоненты радиации окружающей среды и факторы, влияющие на них.

Радиоактивность атмосферы.

Глава 2.

Установка для раздельного исследования направленной и ненаправленной компонент радиации.

§2.1. Телескоп детекторов.

§2.2. Электронные средства селекции событий.

§2.3. Устройство преобразования сигналов ТТЛ в аналоговую форму.

§2.4. Применение амплитудного анализатора в качестве регистратора данных от телескопа детекторов.

2.4.1. Аналого-цифровой преобразователь.

Глава 3.

Программный комплекс для получения и обработки данных.

§3.1.Микропроцессорная система и интерфейс.

§3.2 Программа - драйвер для ОС WIN95-98H др.

§3.3.Корреляция и автокорреляция, использовавшая FFT.

§3.4. Программа обработки данных эксперимента.

3.4.1. Графы программы MATHCAD с краткими пояснениями.

Глава 4.

Результаты измерений компонент радиации окружающей среды.

§4.1. Циклы измерений в различных условиях.

§4.2. Результаты экспериментов в формате Excel.

§4.3. Обработка результатов в пакете MATHCAD с методом БФП.

§4.4. Обсуждение результатов.

Глава 5.

Структура временных рядов радиации окружающей среды.

§5.1 Суточные и сезонные вариации излучения.

§5.2 Влияние геофизических явлений на радиацию окружающей среды.

§5.3 Аномалии при исследовании механических, временных и приливных явлений в условиях солнечного затмения.

§5.4 Роль астрономических явлений.

§5.5 Результаты исследований излучения образца урановой руды при солнечных затмениях.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура временных рядов радиации окружающей среды»

Исследование структуры временных рядов представляет важную задачу по поиску закономерностей и возможных корреляционных связей между космической компонентой радиации и излучением нуклидов в объектах окружающей среды. Для решения задач радиоэкологии, нам необходимо изучать структуру радиации окружающей среды. Радиации естественного происхождения, как известно, содержит две основные компоненты:

• Излучение нуклидов распределенных в объектах окружающей среды, которое не имеет выделенных направлении.

• Излучение, преимущественно состоящее из заряженных частиц, космического происхождения, которое является направленным.

Структура радиации естественного происхождения, таким образом, содержит две компоненты, которые гипотетически независимы друг от друга. Поэтому необходимо проверить эту гипотезу. Здесь широкий простор для новых методов, поскольку никакое устройство не может регистрировать космическое излучение и излучение окружающей среды одновременно. Следовательно, нам необходимо было создать устройство, которое могло бы измерять космическое излучение, как репер, при мониторинге радиации окружающей среды.

Критерии независимости компонент можно определить, исследуя корреляционные и автокорреляционные функции временных рядов. Наиболее подходящий метод для такого анализа - Быстрое Фурье Преобразование. Для его применения необходимо в едином цикле измерений получать данные о радиации космоса и окружающей среды.

Анализ литературных данных показал, что существуют аномалии при исследовании механических, временных и приливных явлений в условиях солнечного затмения. Так же замечали аномалии эманации радона при астрономических и геофизических экстраординарных событиях. Поэтому нужно было проверить, существует ли влияние астрономических явлений на естественную радиоактивность.

Цель диссертационной работы.

1. Получение новых данных о структуре радиации окружающей среды.

2. Изучение структуры временных рядов при раздельной регистрации радиации космоса и окружающей среды.

3. Создание экспериментальной установки, измеряющей космическое излучение и излучение окружающего пространства.

4. Поиск закономерностей и возможных корреляционных связей между космической компонентой радиации и излучением нуклидов в объектах окружающей среды с помощью метода Быстрого Фурье Преобразования.

5. Получение характеристик временных рядов радиации окружающей среды.

6. Исследование эффектов, влияющих на выход излучения из образца природной урановой руды.

Научная новизна и практическая значимость работы.

• Впервые предложен метод исследования радиации окружающей среды с помощью телескопа счётчиков Гейгера-Мюллера;

• Разработана установка, позволяющая автоматизировать процесс измерения потоков данных от телескопа детекторов;

• Получены новые данные по влияние температурного фона окружающей среды на радиацию окружающего пространства;

• Впервые исследованы приливные явления в образце урановой руды, которые дополняют общую картину явлений происходящих в момент затмения солнца.

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты исследования позволяют дать ряд обоснованных рекомендаций экспериментаторам и специалистам-разработчикам по способам создания метода регистрации радиации окружающей среды с помощью телескопа счётчиков Гейгера-Мюллера. А также представляют интерес для исследователей, работающих в области радиоэкологии.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Мья Сан

Заключение

В результате выполнения работы был разработан телескоп детекторов, который выделяет из общего счёта космическую компоненту, делая временной ряд суммарного счёта независимым от направленного излучения космического происхождения. Исследования структуры временных рядов показали существование данных, которые изменяются температурным фоном окружающей среды.

Наиболее интересным является существования во временных рядах структур, определяемых таким астрономическим яв>.«нием, как затмение Солнца. Эти эксперименты дали новые данные о влиянии астрономических явлений на суммарный счёт импульсов от образца урановой руды.

В настоящий момент не представляется возможности дать последовательное объяснение такому эффекту. В целом же результаты данной работы следующие:

• Впервые предложен метод исследования радиации окружающей среды с помощью телескопа счётчиков Гейгера-Мюллера;

• Разработана установка, позволяющая автоматизировать процесс измерения потоков данных от телескопа детекторов;

• Выполнены 148000 измерений с временным разрешении 10 минут,

• Получены новые данные по влияние температурного фона окружающей среды на радиацию окружающего пространства;

• Впервые исследованы аномальные приливные явления в образце урановой руды, которые дополняют общую картину явлений происходящих в момент затмения солнца.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Мья Сан, 2007 год

1. Alan Martin, Samuel A. Harbison. An introduction to radiation protection, 1999,1.BN 0-412-63110-5.

2. Крисюк Э. M. Радиационный фон помещений. M.: Энергоатомиздат, 1989 , -120с.-ISBN 5-283-02992-1.

3. Големинов Н.Г. "Спектрометрические методы в радиационной экологии" 1993г.

4. Големинов Н.Г., Крамер-Агеев Е.А. Радиометрия и дозиметрия при радиационных испытаниях.- М.: МИФИ, 1987. 92 с.

5. T.K.Gaisserand, T.Stancv . "Cosmic rays" (Bartol Research Inst., Univ. of Delaware) 1995.

6. Б. П. Голубев. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. Изд. 3-е, перераб и доп. М., Атомиздат, 1976, с. 504.

7. Големинов Н. Г., Мья Сан. Использование амплитудного анализатора в качестве многоканального счетчика импульсов стандарта TTL. Ядерные Измерительно- информационые Технологии, 3(11), 2004.

8. Н. Г. Гусев, В. А. Климанов, В. П. Машкович, А. П. Суворов. Защита от ионизирующих излучений. Т. 1. М.: Энергоатомиздат, 1989. ISBN 5- 28303054-7

9. В. П. Машкович, А. В. Кудрявсева. Защита от ионизирующих излучений: спрабочник 4-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1995. -1

10. Б. П. Голубев. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. Изд. 3-е, перераб и доп. М., Атомиздат, 1976, с. 504.

11. Сахаров В. К. Радиоэкология. М.-.МИФИ, 1995, 136 с. ISBN 5-7262-0230-9

12. Големинов Н. Г., Трошип В. С. Измерение естественной радиоактивности атмосферного воздуха. Учебное пособие И.: МИФИ, 2000. 32 с.

13. Крамер-Агеев Е. А., Трошин В. С. Инструментальные методы радиационной безопасности. Конспект лекций. М.: МИФИ, 2003. 76 с.

14. Якубович A. JL, Зайцев Е. И., Пржиялговский С. М. Ядерно-физические методы анализа минерального сырья. М.: Атомиздат, 1973.

15. Dr. Gary С. Vezzoli. Radioactive decay of Po 210 and Co 60 at 2 U.S observation stations in the path of the umbra/penumbra of the total eclipse of the sun of 4 December 2002 in Southern Australia. INFINITE ENERGY Issue 61, May/June 2005.

16. Shu-wen Zhou. Abnormal physical phenomena observed when the Sun, Moon and Earth are aligned. 21st CENTURY, Fall 1999.

17. Shu-wen Zhou, B.J. Huang. Abnormalities of the time comparisons of atomic clocks during the solar eclipses. NUOVO CIMENTO, Vol. I5C, N. 2 Marzo-Aprile 1992

18. Henry Aujard . August '99 Eclipse studies show the "Allais Effect" is real, Special report, 21st century, summer 2001

19. S. E. Shnoll, I.A.Rubinshtejn, К. I. Zenchenko, V.A.Shlekhtarev, A.V.Kaminsky, A.A.Konradov, N.V.Udaltsova. Experiments with rotating collimators cutting out239pencil of a-particles at radioactive decay of Pu evidence sharp anisotropy of space.

20. Shnoll S.E., Zcnchenko T.A., Zenchenko K.I., Pozharski E.V., Kolombet V.A., and Konradov A.A.: 2000, Regular variation of the fine structure of statistical distributions as a consequence of cosmophysical agents, Physics-Uspehi 43(2), 205209

21. Shnoll,S.E.: 2001, Discrete distribution patterns: arithmetic and cosmophysical origins of their macroscopic fluctuations, Biophysics 46(5),733-741.

22. Simon E. Shnoll, Konstantin I. Zenchcnko, Iosas I. Berulis, Natalia V. Udaltsova, Serge S. Zhirkov and Ilia A. Rubinstein, 2004, Dependence of "Macroscopic Fluctuations" on Cosmophysical Factors. Spatial Anisotropy. Biophysics 49( 1), -129 -139

23. S.E. Shnoll, V.A. Kolombet, , Zenchenko T.A., Pozharskii E.V., Zvereva I.M. and Konradov A.A., 1998, Cosmophysical Origin of "Macroscopic Fluctations" Biophysics(m russ.), 43(5),909-915

24. Qian-shen Wang, Xin-she Yang, Chuan-zhen Wu, Hong-gang Guo, Hong-chen Liu and Chang-chai Hua. Precise measurement of gravity variations during a total solar eclipse

25. PHYSICAL REVIEW D, VOLUME 62, 041101 (R)

26. S. W. Zhou, B. J. Huang and Z. M. Ren. The abnormal influence of the partial solar eclipse on December 24th, 1992, on the time comparisons between atomic clocks. IL NUOVO CIMENTO Vol. 18C, N.2 MARZO-APRILE 1995

27. F. Aumento, Radon tides on an active volcanic island: Terceira, Azores. Geofisica Internacional (2002), Vol. 41, N. 4, pp. 499-505.

28. Kaushik Majumdar. A study of fluctuation in radon concentration behavior as an earthquake precursor CURRENT SCIENCE, VOL. 86, NO. 9, 10 MAY 2004 ISBN 5-283-03059-8

29. HIROSHI WAKITA. Geochemical challenge to earthquake prediction (groundwater radon precursor) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 93, pp. 3781-3786, April 1996 Colloquium Paper

30. JOSIP PLANINI C., VANJA RADOLIC, DOMINIKA CULO. Searching for an earthquake precursor: Temporal variations of radon in soil and water FIZIKA В (Zagreb) 9 (2000) 2, 75-82

31. Geller, R. J., Shake-up for earthquake prediction. Nature, 1991, 352, 275-276, Nature, 353, 611-612.

32. Wakita, H., Nakamura, Y. and Sano, Y., Short-term and intermediate term geochemical precursors. In Intermediate-Term Earthquake Prediction (eds Stuart, W. D. and Aki, K.), Birkhauser, Basel, 1988, pp. 267-278.

33. Donald, Т., Geochemical precursors to seismic activity. In Intermediate-Term Earthquake Prediction (eds Stuart, W. D. and Aki, K.), Birkhauser, Basel, 1988, pp. 241-266.

34. Virk, H. S., Walia, V. and Sharma, A. K., Radon precursory signals of Chamba earthquake. Curr. Sci., 1995, 69, pp. 452-454.

35. Y. L. Han, M. C. Tom Kuo and Y. P. Lee Monitoring of Radon in Taiwan groundwaters.

36. Bichard GF, Libby WF. An inexpensive radon earthquake prediction concept. EOS (Trans., Am. Geophys. Union) 1976; 57(12): 957 (abstract).

37. Noguchi M, Wakita H. A method for continuous measurement of radon in groundwater for earthquake prediction. J. Geophys. Res. 1977; 82: 1353-1357.

38. King CY. Radon emanation on San Andreas Fault. Nature (London) 1978; 271: 516519.

39. Liu KK, Yeh YH, Teng TL. Ground-water radon variation associated with the May 20, 1986 Hualien, Taiwan earthquake. Bulletin of the Institute of Earth Sciences, Academia Sinica 1986; 6: 85-94.

40. Igarashi G, Saeki S, Takahata N, Sumikawa K, Tasaka S, Sasaki Y, Takahashi M, Sano Y. Ground-water radon anomaly before the Kobe earthquake in Japan. Science 1995;269:60-61.

41. Prichard HM, Gesell TF. Rapid measurements of 222Rn concentrations in water with a commercial liquid scintillation counter. Health physics 1977; 33: 577-581.

42. Prichard HM, Venso EA, Dodson CL. Liquid-Scintillation analysis of 222Rn in water by alpha-beta discrimination. Radioactivity and Radiochemistry 1992; 3(1): 2836.

43. Aumento, F., Melson, W.G. and Shipboard Party, Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Leg 37. 1008 pp., U.S. Government Printing Office, Washington D.C.

44. Hyndman, R.D., Aumento, F., Melson, W.G. et al., Seismic structure of the oceanic crust from deep drilling on the mid-Atlantic Ridge. Geophysical Research Letters, v. 3,201-204.

45. Melson, W.G., Aumento,F., and the Shipboard Party, Deep Sea Drilling Project: Leg 37 The Volcanic Layer. Geotimes, Dec., 16-18.

46. G. K. Muecke, J. M. Ade-Hall, F. Aumento, A. MacDonald, P. H. Reynolds, R. D. Hyndman, J. Quintino, N. Opdyke and W. Lowrie, Deep drilling in an active geothermal area in the Azores, Nature 252, 281-285, 1974.

47. D. V. Kent and W. Lowrie, VRM studies in Leg 37 igneous rocks, in: Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Vol 37, F. Aumento, W. G. Melson, et al., eds., pp. 525-529, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 1977.

48. Williams, F.M., Williams, M.A.J. and Aumento, F. (2003). Tensional fissures and crustal extension rates in the northern part of the Main Ethiopian Rift. Journal of African Earth Sciences 38 (2), 183-197.

49. Aumento F. and Loubat H. (1971) The Mid-Atlantic ridge near 45 degrees N; XVI, Serpentinized ultramafic intrusions. Can. J. Earth Sci. 8, 631-663.

50. Aumento F. (1971) Uranium content of mid-ocean ridge basalts. Earth Planet. Sci. Lett. 11,90-94.

51. Mitchell W. S. and Aumento F. (1977) The distribution of uranium in oceanic rocks from the Mid-Atlantic Ridge at 36°N. In Init. Repts. DSDP 37 (eds. F. Aumento and W. G. Melson), pp. 547-559. U.S. Govt. Printing Office.

52. Chirkov, A. M. (1975),Radon as a possible criterion for predicting eruptions as observed at Karymysky volcano, Bulletin Volcanologique37, 126-131.

53. Chung, Y. (1985),Radon variations at Arrowhead and Murrieta Springs: Continuous and discrete measurements. PAGEOPH122, 294-308.

54. Chung, Y.-C. (1981),Radium-226 and radon-222 in southern California groundwaters: Spatial variations and correlations, Geophys. Res. Lett.8, 5,457-460.

55. Clements, W. E. and Wilkening, M. H. (1974),Atmospheric pressure effects on radon-222 transport across the earth-air interface, J. Geophys. Res.79, 5025-5029.

56. Guedalia, D., Laurent, J.-L., Fontan, J., Blanc, D. andDruilhet, A. (1970),A study of radon 220 emanation from soils. J. Geophys. Res.75,2,357-369.

57. Katoh, K., Nishzawa, O. Kusunosc, K. andlkeda, K. (1985),An experimental study on variation of radon emanation from westerly granite under uniaxial compression, Part 1: J. Seismological Society of Japan, 173-182.

58. King, C.-Y. (1980b),Radon emanation in technically active areas. In The Natural Radiation Environment III. Symposium Proceedings, Houston, Texas, April 23-28, 1978, Rep. CONF-780422, U.S. Dept. of Energy, Washington, D.C., pp. 175-182.

59. King, C.-Y. (1985a),Radon monitoring earthquake prediction in China. Earthquake Prediction Research3,47-68.

60. Klusman, R. W. (1981),Variations in mercury and radon emission at an aseismic site. Geophys. Res. Lett.8, 5, 461-464.

61. Kovach, E. M. (1946),Diurnal variations of the radon-content of soil-gas. J. Geophys. Res.51,45-55.

62. Liu, K.-K., Yui, T.-F., Yeh, Y.-H., Tsai, Y.-B. andTeng, T.-L. (1985),Variations of radon content in groundwaters and possible correlation with seismic activities in northern Taiwan. PAGEOPH122, 231-244.

63. Megumi, K. andMamuro, T. (1973),Radon and thoron exhalation from the ground. J. Geophys. Res.78,11, 1804-1808.

64. Melvin, J. D., Shapiro, M. H. andCopping, N. A. (1978),An automated radon-thoron monitor for earthquake prediction research. Nuclear Instr. Methods 153, 239251.

65. Mochizuki, S. andSekikawa, T. (1980),Radon-222 exhalation and its variation in soil air, InThe Natural Radiation Environment III, Symposium Proceedings, Houston,

66. Texas, April 23-28, 1978, Rep. CONF-780422, U.S. Dept. of Energy, Washington, D.C., pp. 105-113.

67. Okabe, S. (1956),Time variation of the atmospheric radon-content near the ground surface with relation to some geophysical phenomena. Memoirs of The College of Science, University of Kyoto, Series A, Vol. XXVIII, No. 2, Article 1, pp. 99-115.

68. Pearson, J. E. and Jones, G. E. (1965),Soil concentrations of emanating radium-226 and the emanation of radon-222 from soils and plants. Tellusl8, 655-661.

69. Shiratoi, K. (1927),The variation of radon activity of hot springs. Science Reports of the Tohoku Imperial University, Ser. 3,16, 614-621.

70. Steele, S. R. (1981),Radon and hydrologic anomalies on the rough creek fault: Possible precursors to the M 5.1 Eastern Kentucky earthquake, 1980. Geophys. Res. Lett.8, 5,465-468.

71. Talwani, P., Moore, W. S. andChiang, J. (1980),Radon anomalies and microearthquakes at Lake Jocassee, South Carolina. J. Geophys. Res.85, B6, 3079— 3088.

72. Teng, T. L. (1980),Some recent studies on ground water radon content as an earthquake precusor. J. Geophys. Res.85, B6,3089-3099.

73. Teng, T. L., Sun, L. F. andMcRaney, J. K. (1981),Correlation of ground water radon anomalies with earthquakes in the greater Palmdale bulge area. Geophys. Res. Lett.8, 5,441-444.

74. Thomas, D. M., Cuff, К. E. andCox, M. E. (1986),The association between ground gas radon variations and geologic activity in Hawaii. J. Geophys. Res.91, В12, 12,186-12,198.

75. Thomas, D. M. and Koyanagi, R. Y. (1986),The association between ground gas radon concentrations and seismic and volcanic activity at Kilauea volcano. Eos, Transactions of the American Geophysical Union (abstracts)67,44, 905.

76. Wakita, H. (1984),Groundwater observations for earthquake prediction in Japan. International Symposiumon Continental Seismicity and Earthquake Prediction, Seismological Press, pp. 494-500.

77. Wakita, H., Nakamura, Y., Notsu, K., Noguchi, M. andAsada, T. (1980a)Radon anomaly: A possible precursor of the 1978 Izu-Oshima-kinkai earthquake. Science207, 882-883.

78. Wakita, H., Nakamura, Y. andSano, Y. (1985),Groundwater radon variations reflecting changes in regional stress fields. Earthquake Prediction Research3, 545— 557.

79. Yamauchi, T. and Shimo, M. (1982),Radon concentration in galleries and its relation to the earthquake occurrence. J. of the Seismological Society of Japan35, 3, 435—446.

80. Zhang, G. and Fu, Z. (1981),Some features of medium-and short-term anomalies before great earthquakes. InEarthquake Prediction: An International Review, American Geophysical Union, Maurice Ewing Series 4, pp. 497-509.

81. Мухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика: Т. 1. Физика атомного ядра. -4-е изд., перераб. И доп. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 616 с.

82. Мухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика: Т. 2. М.: Энергоатомиздат, 1983.

83. J. Kenneth Shultis, Richard Е. Faw Fundamentals of Nuclear Science and Engineering, ISBN: 0-8247-0834-2

84. Glenn F. Knoll, Radiation detection and measurement third edition ISBN 0-471-07338-5

85. А. А. Боровой, Как регистрируют частицы, М.: Наука. 1981.-176 с.,.

86. JI. С. Горн, Б. И. Хазанов, Современные приборы для измерения ионизирующих излучений. М.: Энергоатомиздат, 1989 - 232 е.: ил.1.BN 5-283-02000-9

87. В. К. Ляпидевский, Методы детектирования излучений: М.: Энергоатомиздат, 1987.-408 е.: ил.

88. Родинов Б. У. Ядерная методология.: Учебное пособие. М.: МИФИ, 1994. 128 с. ISBN 5-7262-0002-0

89. Големинов Н.Г., Крамер-Агеев Е.А. Микропроцессоры в дозиметрических и радиометрических приборах М.: МИФИ, 1987.98. .Шило B.JI., "Популярные микросхемы КМОП" М, «Ягуар», 1993г.

90. William Н. Press "Numerical Recipes in С" The Art of Scientific Computing (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) http://www.nr.com100. "СПРАВОЧНИК ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ" http://bazashem.narod.ru/cir/devi.html

91. П.Хоровиц, У.Хилл "Искусство схемотехники"

92. M. R. Spiegel Schaums mathematical handbook of formulas and tables Rensselaer Polytechnic Institute, 1968

93. Erwin Kreyszig Advanced engineering Mathematics QA401.K7, 1979

94. Кюри M. Радиоактивность, Гостехиздат, 1947, стр. 176-177.

95. Шноль С. Э. и др. О реализации дискретных состояний в ходе флуктуаций в макроскопических процессах. УФН, т. 168, №10,1998, стр.11291139