Peculiarities of hard cosmic radiation variations near the ground surface in accordance with geomagnetic activity changes

Abstract

The mechanism of primary cosmic particle transformation into secondary radiation near the ground surface is analysed. It is known that the main part of secondary cosmic radiation consists of muons. They are formed after nuclear reactions between primary protons and the nuclei of atmospheric gases. Maximum muon concentrations are formed at an altitude of 15 km from the ground surface. Because of a short existence time of muons (2 μs), the amount of these particles near the ground surface depends on variations in the altitude of the above‐mentioned atmospheric layer. Therefore, an unstable flux of muons is registered near the ground surface. Their variations are connected with the Sun's radiation instability, geomagnetic field variations, meteorological process changes, etc. Measurements of the hard cosmic radiation component only near the ground surface are carried out. To this purpose protection of the detector of gamma‐spectrometer was improved. Small gaps between lead plates were made to abolish the shower phenomenon caused by cosmic radiation and the effect of weak‐energy particles and as a result to improve the measurement accuracy. It is defined that lead protection of the thickness of 9 cm of the detector fully absorbs muons with 1,6 MeV energy. It is registered that the gamma‐quanta of 1,6 MeV energy of radionuclide ²³²Th lose 70% of the initial energy only in the same lead protection. In 2001–2002 a study was made of the course of the hard cosmic ray flux (HCRF) near the ground surface in four energy intervals: 1 ‐ 0,3–1,2 MeV, 2 ‐ 1,2–1,6 MeV, 3 ‐ 1,6—4 MeV, 4–4 MeV and more. Various course of the HCRF in the mentioned intervals is obtained. Simultaneous coincidence of the HCRF course in all the energy intervals was observed only from 6,5 to 9,6% in 2001–2002. The obtained results indirectly indicate an unstable altitude of the atmospheric layer where maximum concentration of muons is formed. This instability is connected with the meteorological and geomagnetic field changes affecting the human health.

Kietosios kosminės spinduliuotės variacijų ypatumai prie žemės paviršiaus dėl geomagnetinio  aktyvumo svyravinų

Santrauka. Analizuojamas pirminių kosminių dalelių virtimo antrine spinduliuote prie Žemės paviršiaus transformacijos mechanizmas. Iš publikacijų žinoma, kad antrinės kosminės spinduliuotės pagrindinę dalį sudaro miuonai. Jie atsiranda dėl branduolinių reakcijų tarp pirminių kosminių protonų ir atmosferos dujų branduolių. Didžiausios miuonų koncentracijos atmosferos sluoksnyje formuojasi apie 15 km aukštyje. Dėl trumpos miuonų egzistencijos trukmės (2 μs) jų kiekis prie Žemės paviršiaus priklauso nuo šio sluoksnio aukščio svyravimų. Todėl prie Žemės paviršiaus registruojamas nepastovus miuonų srautas. Jo variacijos susiję su meteorologinių procesų kitimais, Saulės radiacijos nestabilumu, geomagnetinio lauko svyravimais ir t. t., o minėtieji procesai turi poveikį žmogaus organizmui. Prie Žemės paviršiaus atlikti tik kietosios kosminės spinduliuotės komponentės matavimai. Tam tikslui buvo patobulintas gama‐spektrometro jutiklio apsauginis sluoksnis: padaryti tarpeliai tarp švininių plokštelių liūčių efektui švine sumažinti, veikiant kosminei radiacijai, ir mažų energijų dalelių įtakai išvengti bei pagerinti matavimų rezultatu tikslumą. Nustatyta, kad jutiklio 9 cm storio švininis apsauginis sluoksnis visiškai sugeria 1,6 MeV energijos miuonus. Užregistruota, kad radionuklido ²³²Th 1,6 MeV energijos gama kvantai praranda 70 % energijos tame pačiame apsauginiame sluoksnyje. 2001–2002 m. atlikta kietosios kosminės spinduliuotės srauto (KKSS) eigos prie Žemės paviršiaus analizė. Tirta keturi energiniai intervalai: I ‐ 0,3–1,2 MeV, II ‐ 1,2–1,6 MeV, III ‐1,6–4 MeV, IV ‐ 4 MeV ir daugiau ir gauta skirtinga KKSS eiga. 2001–2002 m. vienu metu ji visuose intervaluose buvo nuo 6,5 iki 9,6 %. Gautieji rezultatai netiesiogiai rodo atmosferos sluoksnio aukščio, kuriame formuojasi didžiausios miuonų koncentracijos, pokytį laike. Šis pokytis priklauso nuo meteorologinių ir geomagnetinio lauko pokyčių, ir tai turi įtakos žmonių sveikatai.

Reikšminiai žodžiai: kosminė spinduliuotė, miuonai, gama kvantai, energiniai intervalai, švininis apsauginis sluoksnis.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : cosmic radiation, muons, gamma‐quanta, energy intervals, lead protection