Причины катастрофы, происшедшей 30 июня 1908 г. в райо­не р. Подкаменной Тунгуски [1, 13, 20, 26], до сих пор диску­тируются. Наиболее популярной в настоящее время является гипотеза, объясняющая тунгусское явление вторжением в ат­мосферу Земли небольшой кометы [12, 22—24, 27], хотя все еще появляются работы, авторы которых поддерживают гипотезы ядерного [10] и аннигиляционного [18] характера Тунгусского взрыва. Действительно, трудности объяснения очень большой энергии взрыва («1024 эрг), а также математи­ческой интерпретации получившейся характерной картины вы­вала леса заставили некоторых авторов искать более сложный механизм взрываТт:ем взрыв за счет простого резкого тормо­жения и дробления быстро летящего тела. Большую энергию взрыва легко объясняет гипотеза об анти­вещественной природе Тунгусского тела [32], хотя остается неясным, как такое тело могло проникнуть так глубоко в ат­мосферу Земли [2]. Для экспериментальной проверки этой гипотезы был использован метод измерения радиоактивности С14 в кольцах деревьев, близких к 1908 г. [4, 8, 30]. В самом деле, возникший при аннигиляции нейтронный поток должен был увеличить поступление С14 в атмосферу Земли. Результа­ты экспериментов показали, что содержание С14 в кольцах де­ревьев 1908 г. не выходят за пределы обычных флюктуации в кольцах других лет. К сожалению, эти данные не отвергают полностью гипотезу аннигиляционного или термоядерного взрыва, поскольку ожидаемое увеличение содержания С14 лежит в пределах всего лишь 2% [5], что близко к предельной чув­ствительности метода. Низкий эффект связан в основном с тем, что С14, образованный за счет дополнительного потока нейтро­нов в районе Тунгусской катастрофы, должен был обязатель­но рассеяться в атмосфере Земли, поэтому этот метод является малочувствительным для обнаружения локального, хотя, быть может, и высокого потока нейтронов. Мы предлагаем новый, более чувствительный метод провер­ки гипотез аннигиляционного и термоядерного характера взры­ва, основанный на обнаружении потока нейтронов в районе Тунгусского взрыва непосредственно по наведенной активности Аг39 в минералах почв и горных породах. Радиоактивный изо­топ Аг89 был выбран по следующим причинам: 1. Измерению низких уровней радиоактивности многих изо­топов мешают «радиоактивные осадки», выпавшие на поверх­ность всего земного шара после испытаний ядерного оружия. Аргон — инертный газ, и поэтому он не выпадал на поверхность Земли после ядерных испытаний. Кроме того, его легко отде­лить и полностью очистить от примесей любых других радио­активных изотопов. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 2. Аг39 образуется под действием нейтронов из таких ши­роко распространенных в горных породах элементов, как К и Са. Реакции приводимые к образованию Аг39, следующие: К39 (п, р) Аг > К39. 39. Г1/2 = 270 лет (гс,а) Аг39, Саю(п,2р) Аг39, гесс) Аг39, (М) Аг39, (п, Т^р =- 56 мин Аг38(я,у) Аг39. Наибольший эффект в данном случае — у реакции (1), ибо изотоп К39 имеет самую высокую распространенность (93,1%); реакция не имеет энергетического порога, а сечение ее доволь­но велико: от 0,1 барн для спектра реакторных нейтронов [33] до 0,4 барн для энергии нейтронов 13 МэВ [31]. В расчетах ожидаемой радиоактивности Аг39 в породах мы использовали эту реакцию. Учет остальных реакций только увеличит чувст­вительность метода. 3. Аг39 имеет «удобный» период полураспада — 270 лет. За прошедшие со дня катастрофы 64 года могло распасться всего около 15% от его первоначального количества. 4. Очень важным моментом является то обстоятельство, что предлагаемый метод — бесфоновый, так как (помимо отмечен­ного в п. 1): естественное содержание Аг39, образованного в верхних слоях земной коры под действием нейтронного потока от космических лучей и нейтронного фона в минералах, край­не ничтожно. Действительно, измеренная величина потока медленных нейтронов в атмосфере у поверхности Земли равна 3,2 • 10~3 нейтр/см2 • с, а естественный нейтронный поток в гор­ных породах составляет обычно не более 5% от этой величины {9]. Активность Аг39, образованного потоком 3,5-10~3 нейтр/см2-с в 100 г горной породы с содержанием К=1% составляет 103 102 всего 3 • 10 4 расп/мин, что на два порядка ниже предельной чувствительности современных радиометрических установок для измерения Аг39. Таким образом, в случае обнаружения этого изотопа в горных породах, взятых под эпицентром взры­ва, можно было бы совершенно определенно утверждать, что он образовался под действием нейтронного потока, сопровож­давшего взрыв. ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ОЖИДАЕМОГО НЕЙТРОННОГО ПОТОКА Величина нейтронного потока у поверхности Земли от высот­ного ядерного взрыва зависит в основном от мощности взрыва, его характера и высоты. Мощность и высота взрыва Тунгусско­го тела в настоящее время достаточно надежно определены по картине вывала леса. Для расчетов мы взяли результаты послед­ней работы В. А. Брошнтэна [3]: энергия взрыва Е > 10м эрг, высота взрыва Ь <^ 5 км. Результаты других авторов не очень отличаются от указанных [11, 19]. Так как взрыв произошел на значительной высоте, то ин­тенсивность нейтронного потока, падающего на поверхность Земли, должна была сильно уменьшиться при взаимодействии нейтронов с ядрами элементов атмосферы. Характер этого взаимодействия довольно сложен, и детальное рассмотрение взаимодействия нейтронов с веществом от момента их выделе­ния источником до поглощения представляет собой очень труд­ную задачу, которая значительно упрощается с применением возрастного приближения. Использование теории возраста возможно при квазинепрерывности потери энергии, когда средняя потеря энергии при столкновении мала, а число стол­кновений, заметно меняющих энергию, велико [6]. Сечение поглощения нейтронов ядрами элементов атмос­феры мало по сравнению с сечением рассеяния на этих ядрах вплоть до энергии Е„ ^ 0,2 эВ, когда становится значительным сечение захвата нейтронов ядрами азота. Как вытекает из дан­ных П. А. Ямпольского [28], длина рассеяния быстрых нейтро­нов в воздухе изменяется медленно, и, следовательно, для на­хождения пространственного распределения потока нейтронов в воздухе П(7?) представляется возможным использование тео­рии возраста, в которой поток нейтронов от моноэнергетичес­кого источника описывается формулой (8) где И — расстояние от источника; 5 — мощность источника; О — коэффициент диффузии; Ь — длина диффузии. 104 Коэффициент диффузии для воздуха можно принять рав­ным 1,/3, где 1В — длина рассеяния. Длина диффузии вычис­ляется по формуле где | — средний логарифмический декремент энергии, характе­ризующий потерю энергии на одно соударение, для воздуха ^=0,129, Е0 — начальная энергия нейтронов; Еп — пороговая энергия, до которой замедляются нейтроны. Так как значения 5, 1В и Е0 для термоядерного взрыва и аннигиляции различны, то мы рассмотрим эти два случая от­дельно. В обоих случаях пороговую энергию замедления ней­тронов примем равной I МэВ, а минимальное расстояние до исследованных образцов, находящихся наиболее близко к эпи­центру взрыва, равным 6,0 км (3,3 км от точки под эпицентром и высоте взрыва 5 км.) Термоядерный взрыв. Если предположить, что ядерный синтез шел по реакции Т(й,ге) Не4, то при мощности взрыва (1024 эрг) должно выделиться около 4-1028 нейтронов с началь­ной энергией 14 МэВ. Усредненная длина рассеяния для ней-^тршщв от 14 до 1 МэВ равна 130 м [28]. Тогда интегральный поток нейтронов от термоядерного взрыва у поверхности Зем­ли равен 5-Ю10 нейтр/см2. Аннигиляционный взрыв. По расчетам Н. А. Власова [5], при равных мощностях взрывов выход быстрых нейтронов при аннигиляции почти в 4 раза меньше, чем при термоядерном взрыве. Следовательно, первоначальное количество нейтронов в этом случае можно принять равным 1028. Средняя энергия нейтронов при аннигиляции равна 60 МэВ, а усредненная дли­на рассеяния ^.5 = 140 м. Тогда поток нейтронов у поверхности Земли равен 5-Ю11 нейтр/см2. Полученные величины ожидаемых нейтронных потоков в обоих случаях являются минимальными, так как мы не учиты­вали нейтроны с энергией меньше Еп={ МэВ. Учет остальных нейтронов увеличит величину ожидаемых потоков, а следова­тельно, и чувствительность метода. ИЗМЕРЕНИЯ Аг3' Образцы, взятые в районе эпицентра Тунгусского взрыва, были исследованы на сконструированных нами вакуумной сис­теме для выделения, очистки и заполнения аргона в счетчики, а также низкофоновой радиометрической установке со счетчи­ками малого объема, которые мы обычно используем для ис­следования радиоактивности космогенного Аг39 в метеоритах [35]. Конструкция наших миниатюрных счетчиков (объемом 10,5 7а Злказ Л» 454 о н О с< о с 11 п 2 . га ^2, я Э I « а л ОР. 1,2 см3) с внутренним наполнением описана в [25]. Фон радио­метрической установки для различных экземпляров счетчиков в гейгеровском режиме равен 0,05—0,08 имп/мин. Методика выде­ления и измерения отлажена и многократно опробована на об­разцах метеоритов с известной активностью Аг39. Содержание К и Са в образцах определялось пламенной фотометрией. Для исследования были взяты (см. таблицу) образцы обо­гащенной на сепарационномстоле минеральной фракции верх­него трехсантиметрового слоя почвы [14, 15] (образцы 1Т— 101Т, нумерация Комитета по метеоритам АН СССР), а также образцы сколов траппов 1К (взятый на вершине горы Фар-ригтон) и ЗК (взятый на вершине горы Острая), отобранные таким образом, чтобы они не были экранированы выступами горы, растительностью и т. п. от точки взрыва. Для исследова­ния брались только верхние части сколов толщиной 1,5—2 см. Приведенные в таблице расстояния от точки на местности, на­ходящейся под эпицентром взрыва, до мест взятия образцов были определены И. Т. Зоткиньш (КМЕТ АН СССР). Может возникнуть вопрос о сохранности Аг33 в образцах. В результате многочисленных исследований было доказано, что образованный из калия аргон хорошо удерживается в кристал­лической решетке минералов. На хорошей сохранности радио­генного аргона основан, например, широко используемый в геологии калий-аргоновый метод определения абсолютного «возраста» горных пород, образовавшихся сотни миллионов и миллиарды лет назад [7, 21]. Многие миллионы лет сохраня­ется аргон и другие инертные газы, образовавшиеся в метеоритах при распаде радиоактивных элементов, а также под действием космических лучей [29]. Космогенный Аг39 вместе со ста­бильными изотопами аргона широко используется при опре­делении космического возраста метеоритов [17, 35]. При раз­работке так называемого Аг39/Аг40 метода определения возрас­та затвердевания метеоритов и земных горных пород [33, 34, 36] были проведены специальные исследования кинетики вы­деления Аг39, образовавшегося в образцах при их облучении нейтронами. Эти исследования показали, что Аг39 выделяется при относительно высоких температурах и, следовательно, хо^ рошо удерживается в решетке минералов. Определенный на­ми по отношению К40/Аг40 абсолютный возраст образца ЗК равен 240 млн. лет, что совпадает с геологической оценкой возраста данных пород [16] и свидетельствует об отсутствии значительных потерь аргона. В таблице приведены содержания К (и Са) и навески образ­цов, а также фон счетчиков, в которые переводился выделенный и очищенный аргон. Как видно из данных таблицы, в пре­делах точности измерений превышения скорости счета над фо­ном ни в одном из исследованных образцов не обнаружено. Максимальная активность Аг39, которую можно надежно ре- -ни м ч д,оо л: -ччрлиип/ояль. ;* 5 3 к а з ° н з "" *" ^ ос -Ч. о ос г- с; ^ ^ — - ^~, я а1 ,- ^ эт 1; 2 3 2 И „ *^ ^. о 0 Я Ж '== ж' 'Ж Ж Ж Ж^ >^ ж м ?" к к образец ?| +1 +! +1 +1 +! +! ^! ос ^ -* =2 и 9 И И С: = жж5:!5ос Г2 ^ЗГ' ^' 1 И „ о о -N1 --1 о ^ в в И X 3 0 к о — " •—" о" сГ о" о" с" сГ +| +! +1 И- +! +! 4-1 +! ОС 00 СЧ 0] СЯ О О.) =5 +1 +1 +1 1 я — ° - — -- — о 1 "«ч 0 !>-_ С^ ~г - ~„ С 1- П 1—" — " ОС" § 'В о И к ————————— - • — . — • а. Е- И а 13 0 2 о С" -1~ X « с; ~ >э 0 а с" и и ^ 5 3. . 3 5 о" о п и « ф « о 0 II*" 0000 СО Ю_ Т " 2 2 лу иинэйэ 1 О ОС ^? ^-1 — 5 к к ю % и я I г: о 0 С 8 & о 2 С " У — с; сб 3 § ч к я Ч 1 я я 7а* гистрироващ> при данной точности измерений, составляет 0,01 имп/мин. Взяв эту величину активности, известные навес­ки и содержания К, мы рассчитали для всех образцов чувстви­тельность каждого отдельного измерения к интегральному по­току нейтронов с учетом только реакции (1) распада Аг39 за прошедшие со дня взрыва 64 года и эффективности счетчиков 90%. Полученные величины интегрального потока приведены в последнем столбце таблицы. Чувствительность наших измере­ний к нейтральному потоку составляет « 3 • 109 нейтр/см2, что более чем на два порядка ниже уровня ожидаемого интеграль­ного нейтронного потока через образцы, находящиеся наиболее близко к эпицентру для случаев аннигиляционного взрыва О 5 • 1011 нейтр/см2) и на 1,5 порядка —для случая термо­ядерного взрыва (> 5 • 1010 нейтр/см2). Энергия взрыва Е ^ 1024 эрг соответствует взрыву мощно­стью ^ 25 Мт тротила. Подобные энерговыделения не могут быть получены при «чистом» атомном взрыве, поэтому случай атомного взрыва можно отбросить как нереальный. Для осталь­ных случаев ожидаемая активность Аг39, выделенного из образ­цов, взятых наиболее близко к эпицентру, составляет величи­ну яь! имп/мин, что на два порядка превышает уровень чув­ствительности используемой низкофоновой радиометрической установки (0,01 имп/мин). Таким образом, полученные резуль­таты свидетельствуют против ядерной природы тунгусского взрыва. В заключение авторы благодарят Н. И. Заславскую, А. П. Бояркину и Л. В. Кириченко за представленные образцы для исследований, Л. К. Левского за помощь в измерении абсолютного возраста образца ЗК, И. Т. Зоткина за определе­ние расстояний от мест взятия образцов до эпицентра, а также Т. И. Холодковскую за участие в проведении измерений. / ЛИТЕРАТУРА 1. Аетапович И. С. Большой Тунгусский метеорит.—«Природа», 1951 > № 2, с. 23—32; № 3, с. 13—23. 2. Бронштэн В. А., Станюкович К. П. О проникновении антивещест­ва в Солнечную систему и атмосферу Земли.— «Космические иссле­дования», 1969, т. 7, № 4, с. 597—601. 3. Бронштэн В. А. Распространение ударных волн от Тунгусского метеорита в неоднородной атмосфере.— В кн.: Современное состо­яние проблемы Тунгусского метеорита (материалы совещания 14—16 апреля 1971 г., Новосибирск). Томск, 1971, с. 6, 7. 4. Виноградов А. П., Девирц А. Л., Добкина Э. И. Концентрация С14 в атмосфере во время Тунгусской катастрофы и антивещество.—«Докл. АН СССР», 1966, т. 168, № 4, с. 900—903. 5. Власов Н. А. Антивещество. М., Атомиздат, 1966, 184 с. 6. Власов И. А. Нейтроны. М., «Наука», 1971, 552 с. 7. Герлинг Э. К. Современное состояние аргонового метода определения возраста и его применение в геологии. М.— Л., Изд-во АН СССР 1961, 130 с. 108 8. Девирц А. Л. Радиоуглерод в атмосфере Земли в период ТунтусЖой '"" катастрофы и в прошлом.— В кн.: Труды Всесоюзного совещения по проблеме «Астрофизические явления и радиоуглерод» (Тбилиси 25—27 ноября 1969 г.). Тбилиси, 1970, с. 21—25. 9. Горшков Г. В., Зябкий В. А., Летковская Н. М., Цветков О. С. Есте­ственный нейтронный фон атмосферы и земной коры. М., Атомиздат, 1966, 410 с. 10. Золотое А. В. Проблема Тунгусской катастрофы 1908 г. «Наука и техника», 1969, 204 с. 11. Золотое А. В. Оценка энергии тунгусского взрыва 1908 г.— В кн.: Современное состояние проблемы Тунгусского метеорита (материалы совещения 14—16 апреля 1971 г., Новосибирск). Томск, 1971, с. 22, 23. 12. Идлис Г. М., Корягина 3. В. О кометной природе Тунгусского мете­орита.— «Метеоритика», 1961, вып. XXI, с. 32—42. 13. Кринов Е. Л. Тунгусский метеорит. М.—Л., Изд-во АН СССР, 1949, 196 с. 14. Кирова О. А. О минералогическом изучении проб почв из района падения Тунгусского метеорита, собранных экспедицией 1958 года.— «Метеоритика», 1961, вып. XX, с. 32—39. 15. Кирова О. А., Заславская Н. И. Некоторые данные о распыленном веществе из района падения Тунгусского метеорита. —«Метеоритика», 1966, вып. XXVII, с. 119—127. 16. Кузнецов М. Ф., Наумов В. А., Тарасевич С. И. Абсолютный воз­раст траппов бассейна верхнего течения Нижней Тунгуски и его геолого-радиологическая интерпретация.— В кн.: Геолого-радиоло­гическая интерпретация несходящихся значений возраста. М., «Наука», 1973, с. 206—213. 17. Лаврухина А. К. Эффекты ядерных реакций, вызванных быстрыми протонами в метеоритах.— В кн.: Ядерная химия. М., «Наука», 1965, с. 7-73. 18. Мехедов В. Н. О радиоактивности золы деревьев в районе Тунгусской катастрофы, г. Дубна, препринт ОИЯИ, 1967, 6—3311, с. 16. 19. Пасечник И. П. Предварительная оценка параметров взрыва Тун­гусского метеорита 1908 г. по сейсмическим и барографическим дан­ным.— В кн.: Современное состояние проблемы Тунгусского мете­орита (материалы совещания 14—16 апреля 1971 г., Новосибирск). Томск, 1971, с. 31—35. 20. Проблема Тунгусского метеорита. Вып. 2. Томск, 1967, 238 с. 21. Старик И. Е. Ядерная геохронология. М.— Л., Изд-во АН СССР, 1961, 632 с. 22. Фесенков В. Г. О кометной природе Тунгусского метеорита.— «Астро­номия, ж.», 1961, т. 38, вып. 4, с. 577—592. 23. Фесенков В. Г. О природе Тунгусского метеорита.— «Метеоритика», 1961, вып. XX, с. 27—31. 24. Фесенков В. Г. Тунгусское падение и связанные с ним проблемы.— «Метеоритика», 1968, вып. XXVIII, с. 107—113. 25. Фисенко А. В., Колесников Е. М. Миниатюрные низкофоновые счет­чики для измерения Аг37 и Аг39— «Приборы и техника эксперимента», 1971, № 6, с. 62, 63. 26. Флоренский К. П. Предварительные результаты Тунгусской метео­ритной комплексной экспедиции 1961 г.— «Метеоритика», 1963, вып. XXIII, с. 3—29. 27. Хотинок Р. Л. X. Шепли о природе Тунгусского метеорита.— «Зем­ля и Вселенная», 1970, № 4, с. 79. 28. Ямпольскпй П. А. Нейтроны атомного взрыва. М., Госатомиздат, 1961, 132 с. 29. Апйегв Е. Ме1еогНе а§ез.— «Кеу. Моо1. РЬуз.», 1962, v. 34, N 2. 287—325. 109 30. &шап С., АНшп С. К., ГЛЪЬу У. Г. Розз1Ые ааИ-тайег сопьет о! 1Ъе Тип^изЬа те1еог о! 1908.— «Калиге», 1965, v, 206, N 4987, р. 861-865. 31. 1е8веп Р., Вогтапп М., Вгеуег Р., Кеиег1 Н. ЕхрептепЫ ехсйаНоп Нипсйопз {ог (п, р), (п, {), (п, а), (п, 2га) (п, пр) апй (п, па) геасНопз,— «Мис1. Епещу», 1966, 2ОА, р. 103—202. 32. Ьа Раг Е. ТЬе епе^гу о{ Рос11гатегтуа Тип^изЬа, ЗШепа те(;еогШс Ы1.— «Рори1аг Аз1гопо1ше», 1948, v. 56, р. 330—331. 33. МйсЬеП I. 6. ТЪе а^гоп^О/аг^оп-ЗЭ теШос! ?ог ройаззшт-агдоп а^е Йе1егтшаиоп.— «Оеосшт. е1 СозтосЫт. Ас1а», 1968, v. 32, № 7, р. 781—790. 34. МетЬие С., Тигпег 6. РоЪаззшт — аг^оп Йа11п§ Ьу ас^уаИоп т1Ь. ^аз! пеиггопз.— «Т. ОеорЬуз. Нез.», 1966, v. 71, р. 2852—2857. 35. Ко1езшЬоу Е. М., Ьа«иЬЫпа А. К., РдзепЬо А. V., ЬеузЬу Ь. К. Вл-Й1а11оп а§ез о{ сННегеп! {га§теп!з о{ (Ье 811сЬо1е-А1ш те1еоп1е {аП.— «СеосЫт. е! СозтосЫт. Ас1а», 1972, v. 36, р. 573—576. 36. Тигпег 6. Аг§оп-40/агдоп-39 (Шшд о{ 1ипаг госЬ затр!ез.— 1п: Ргосе-еД^пдз о^ 1Ье Аро11о 11 Ьипаг зс!епсе соп^егепсе (ей. Ьу ЬеУ1Пзоп А. А.), Рег^апот ргезз, 1970, v. 2, р. 1665—1684.