Л.В.КИРИЧЕНКО, И.Я.НИКОЛИШИН, О ВОЗМОЖНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИРОДЫ ВЗРЫВА ТУНГУССКОГО КОСМИЧЕСКОГО ТЕЛА ПО СЛЕДАМ НЕЙТРОННОЙ АКТИВАЦИИ ГРУНТА В ЭПИЦЕНТРЕ ВЗРЫВА

Последние уточненные данные позволяют оценить мощность взрыва Тунгусского космического тела в 50 Мт [5]. Естествен­но предположить, что взрыв такой мощности возник вследствие ядерной реакции (синтеза или аннигиляции). В данной работе приводятся расчеты ожидаемого к настоящему времени уровня нейтронной активации грунта в эпицентре взрыва, который должен иметь место в случае ядерного взрыва. Допустим, что взрыв Тунгусского космического тела имел термоядерный характер. Для определенности будем считать, что энергия взрыва выделилась по реакции Д2+Т3=Не*+ге. Пред­положение этой реакции не меняет существенно количества выделившихся нейтронов, а нас интересуют только фак­торы, связанные с активностью, наведенной нейтронами взрыва. Приведем грубую верхнюю оценку наведенной нейтронами активности грунта в эпицентре взрыва при воздушном взрыве на высоте 6 км над уровнем местности. При мощности взрыва 50 Мт выделяется 7,5-1028 быстрых нейтронов с начальной энергией 14 МэВ. Будем считать, что 90% от их количества потеряли свою начальную энергию в материале космичес­кого тела и покинули его остатки, имея энергию по­рядка тепловой энергии высоконагретого газа в эпицентре (~100 эВ). Это предположение вполне естественно, если счи­тать, что взрыв произошел внутри твердого тела. Оставшимся 10% нейтронов припишем энергию 8—10 МэВ. Нейтроны пер­вой группы практически все поглощаются в слое воздуха —500 м. Вследствие этого уровня Земли достигнут только очень быстрые нейтроны второй группы. Зависимость плотности нейтронного потока от расстояния до центра воздушного взрыва приводится в книге П. А. Ям-польского [7]. Там, однако, расчеты приведены до расстояний порядка 1,5 км. Если проэкстраполировать полученную зависи­мость до 6 км, введя некоторый эффективный коэффициент ослабления нейтронов в воздухе Л, то получим следующее выражение для определения плотности нейтронного потока 127 Тогда на поверхности^ земли в эпицентре: О.^Nо•е~&н п — —гш ' где Л^ — общее количество выделившихся нейтронов. Под­ставив численные значения, имеем га~2,5-10п нейтрон/см2. Это количество нейтронов поглощается грунтом толщиной 20 см, что соответствует величинам диффузионных констант тепловых нейтронов в грунте. Таким образом, плотность нейтронов, поглотившихся в облученном грунте, Ф0=1,25-1011 нейтрон/см3. В данной работе рассматривались реакции, идущие на тепловых нейтронах типа (п, 7). Были рассмотрены все изотопы, образующиеся по реакции (п, у) в горной породе, и выбраны изотопы, которые могут дать наибольшую активность в настоя­щее время (спустя 60 лет после взрыва). К таким изотопам относятся Со60, №63, Ей162, Ей154, образующиеся из стабильных изотопов Со59, №62, Ей151 и Ей153. Изотоп !Я33 образуется из ТЬ232 по цепочке: ТЬ232 (п, у) Тп233-*Ка233->П233. Кроме то­го, были рассмотрены реакции №4(тг, р) С14 и 1лв(тг, а)Н3, Реакции типов (п, 2п), (п, р) и (п, а) для других изотопов при оценке наведенной активности в учет не принимались из-за высокого порога (г^Ю МэВ) и низких сечений этих реакций. Исходя их полученной плотности поглотившихся в грунте нейтронов Ф0 был проведен расчет наведенной активности для перечисленных выше изотопов в 1 г грунта к 1970 г. Расчет проводился по формуле Аг=Ф0-Р1Ме-ы* (распад/мин г), где Ул — постоянная распада г-то изотопа (мин-1); е~м* — учет распада г-го изотопа во время { (60 лет); Р1 — доля нейтронного потока, приходящаяся на стабильный изотоп. В результате этого в облученной среде образуется радиоктивный изотоп среды где 1асц — поперечное сечение активации для рассматриваемой реакции; и.аЬ5 среды — полное сечение поглощения для суммы всех элементов, рассчитанное на 1 г породы. Пусть число атомов 1-го изотопа на 1 г породы. N где Сг — содержание Г-го элемента в рассматриваемой среде, %; р21 — содержание 5-го изотопа в естественном элементе, % ; число Авогадро; Мг — массовое число материнского изо- топа. 1аасц (см2/г); (см2/г). а&$ среды — Сечения реакции - оасг. { и ааЪэ были взяты нами из справоч­ников [1, 8]. Расчеты Рг были сделаны для горной породы со средним содержанием элементов по Виноградову [2]. Полное сечение поглощения для такой породы р,яЬ5 = 6,8-103 см2/г (см. таб­лицу). Наряду с оценкой возможного содержания радиоактивных наведенных изотопов в горной породе на поверхности земли в эпицентре взрыва были проведены оценки наведенной актив­ности С14 в деревьях, погибших в результате тунгусского взры­ва (стоячий мертвый лес в эпицентре). В этом случае можно ожидать образование С14 во всей толще древесины по реакции ./V14 (га, р) С14. Для древесины слой поглощения быстрых ней­тронов /5=100 см и соответственно плотность поглощенных нейтронов Ф0=0,25-1010 нейтрон/см3. Взяв химический состав .древесины согласно [6], получили р,аь8 древесины = 1,2-• Ю-2 см2/г. Для определения концентрации радиоактивных изотопов, возникших при облучении кратковременным потоком нейтронов ядерного взрыва, необходимо оценить активацию отдельных изотопов, обусловленную космическим фоном нейтронов у земли, Согласно [3], общий постоянно существующий поток ней­тронов у поверхности Земли равен 4,6 нейтрон/см3-с, из кото­рых только 0,2% составляют тепловые нейтроны. Отсюда плот­ность потока космических нейтронов в 1 см3 верхнего слоя породы Ф(г)=9,6-10~3 нейтрон/см3-с. При динамическом рав­новесии между возникающими под действием потока нейтронов радиоактивными изотопами и их распадом А1=Ф(1). Сравнение Аг ядерного взрыва и А1 космического фона позволяет откло­нить С14 и II233 как индикаторы ядерного взрыва 1908 г. в гор­ных породах из эпицентра: для С14 космический фон преобла­дает, а для II233— соизмерим с ожидаемым эффектом от ядерного взрыва. Перспективными для экспериментальных поисков в об­разцах горных повод из эпицентра являются Н3 (тритий) и Еп152+Еп154. Наряду с наведенной активностью как в пробах грунта, так и в древесине присутствуют естественно-радиоактивные изотопы семейств Ка и ТЬ, а также К40. Активность естественно-радиоактивных изотопов оценивает­ся по формуле: А1 = Сгрй--1.1. 129 128 Оценка активности отдельных Среда Реакция 2' Г) % 21' Г, , лет Древесина Навз^1'2'10-2'™2^ / №4(га, р)С14 0,6 100 5600 Горная порода Ы6(п, а)Я3 3,2- Ю-3 7 12,2 Иоьв = 6,8- Ю-з, см'/г №4(в, р)С14 1,9-10— 3 100 5600 Со59(и, 7)Со60 1,8- Ю-3 100 5,25 Ш62(ге, у)№63 5,8 -Ю-3 68 125 Еи161(и, 1>)Еи154 1,3-10— 4 50 13 Еи15з(и, 7)Еи154 1,3-10-4 50 16 Тд232(га, у)!!233 1,3- Ю-3 100 1,6-106 К40 л ест Наест ТЬест изотопов в эпицентре °ас(' 6арн Р . г А, распад/мин. -г среды взрыв 1908 г. (на 1970 г.) Космический фон естеств . распад 1,8 3,9- 10~6 0,6 -10~5 7,8 -10"9 945 ЗД-10-3 2,1 зло-5 1,8 2,2-10~4 2,2.10~9 2,1 -КГ16 20 5,4- Ю-4 2,9-10-4 5,2- Ю-6 15 4,5- Ю-4 2,1-10— 3 4,3 -Ю-6 5500 2-Ю"3 5,0-10-2 1,9 -Ю-5 390 1,5-Ю-4 6 -Ю-3 1,5-Ю-6 7,3 3,6- 10~5 1,9-10— 6 3,5- Ю-7 20—30 5-7 2-3 Уровень естественной активности, измеренный в породах, взятых из района взрыва Тунгусского космического тела, составляет для К40— 25 распад/мин-г, для На — 6, ТЬ — 2— -3 [4]. Ожидаемые к 1970 г. уровни активности изотопов, наведен­ных ядерным взрывом 1908 г., очень низки. При высоком есте­ственном радиоактивном фоне изотопы Н3 и Ей152 нельзя опреде­лить в образцах породы непосредственными радиометрическими измерениями или методами -у-спектрометрии. Необходимо пред­варительное химическое выделение искомых изотопов из образ­цов горных пород.Общий вес пробы должен составлять несколь­ко килограммов. В случае воздушного ядерного взрыва Тунгусского косми-мического тела поток нейтронов, достигший земной поверхно­сти, был резко ослаблен многокилометровым слоем воздуха. За 60 лет, прошедших после взрыва, факт появления у поверх­ности Земли в эпицентре взрыва повышенного нейтронного потока от ядерного взрыва может быть обнаружен по присутст­вию в образцах горных пород радиоактивного трития (Н3) и европия (Еи152+Еи154). Однако прогнозируемые активности не превышают 2 распад/мин-г горной породы для Н3 и 5-10~2— для Ей. Определение таких малых активностей требует исполь­зования особо чувствительной методики. ЛИТЕРАТУРА 1. Алиев А. И. и др. Ядерно-физические константы для нейтронного ак-тивационного анализа. М., Атомиздат, 1969, 326 с. 2. Виноградов А. П. Среднее содержание химических элементов в глав­ных типах изверженных горных пород земной коры.— «Геохимия», 1962, № 7, с. 555—571. 3. Горшков Г. В., Зябкий В. А. и др. Естественный нейтронный фон ат­мосферы и земной коры. М., Атомиздат, 1966, 410 с. 4. Кириченко Л. В., Гречушкина М. П. О радиоактивности почвы и ра­стений в районе падения Тунгусского метеорита.— В кн.: Проблема Тунгусского метеорита. Вып. 1. Томск, 1963, с. 139—152. 5. Пасечник И. П. Предварительная оценка параметров взрыва Тун­гусского метеорита 1908 года по сейсмическим и барографическим данным.— В кн.: Современное состояние проблемы Тунгусского-метеорита. Томск, 1971, с. 31—35. 6. Справочник химика. Т. 3. М.— Л., «Химия», 1964, 1005 с. 7. Яюгольский П. А. Нейтроны атомного взрыва. М., Атомиздат, 1961 г 132. с. 8. ВКЬ — 325. КеиЪгоп сгозз зесйопз, 1966.
Главная | Архивные документы | Исследования | КСЭ | Лирика | Ссылки | Новости | Карта сайта
© Томский научный центр СО РАН, Государственный архив Томской области, Институт систем информатики СО РАН, грант РГНФ №05-03-12324в