Космогенный радиоуглерод в полярных льдах

• Автор: Нестерёнок, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 91 с. : ил.

Содержание
I. Введение

1.1. Актуальность темы диссертации

1.2. Основные понятия

1.2.1. Космические лучи

1.2.2. Космогенный нуклид |4С

1.2.3. Накопление космогенного нуклида 14С в полярных льдах

1.2.4. Краткий обзор литературы

1.3. Цель и задачи работы

II. Статистическое моделирование распространения космического излучения в атмосфере Земли и в полярных льдах

2.1. Введение

2.2. Численная модель
2.2.1. Спектр галактических космических лучей
2.2.2. Модель атмосферы
2.2.3. Физическая модель
2.2.4. Расчет потоков частиц
2.3. Ядерно-активный компонент космического излучения
2.3.1. Интегральные и дифференциальные потоки нуклонов в атмосфере Земли
2.3.2. Всенаправленный дифференциальный поток нейтронов на уровне моря
2.3.3. Интегральные и дифференциальные потоки нейтронов во льду
2.4. Выводы
III. Образование |4С космическим излучением в полярных льдах
3.1. Образование 14С во льдах нуклонами ядерно-активиого компонента космического излучения на уровне моря и высоких геомагнитных широтах
3.1.1. Сечения реакций
3.1.2. Скорость образования 14С в приповерхностном слое льда
3.1.3. Зависимость скорости образования |4С от глубины во льдах

3.1.4. Распределение по энергии дочерних ядер |4С
3.2. Образование 14С во льдах мюонами космических лучей
3.2.1. Поток мюонов космических лучей во льдах
3.2.2. Образование 14С высокоэнергичными мюонами
3.2.3. Образование 14С в реакции захвата отрицательных мюонов
3.2.4. Образование |4С во льдах на уровне моря
3.3. Образование |4С во льдах на разных высотах над уровнем моря
3.3.1. Образование 14С ядерно-активным компонентом космических лучей
3.3.2. Образование |4С мюонами космических лучей
3.3.3. Скорость образования 14С во льдах для полярных станций GISP2, Восток и Тейлор Доум
3.4. Выводы
IV. Анализ данных по |4С в образцах льда скважины GISP2 в Гренландии
4.1. Введение
4.2. Данные по ,4С в образцах льда скважины GISP2
4.2.1. Экспериментальные значения концентрации 14С в образцах льда
4.2.2. Расчет концентрации «атмосферного» 14С и экспериментальных значений концентрации 14С «in situ» в образцах льда
4.2.3. Теоретический расчет концентрации |4С «in situ» в образцах льда
4.2.4. Дефицит концентрации 14С «in situ» в образцах льда скважины GISP2
4.3. Механизмы потерь космогенного радионуклида 14С «in situ» зернами фирна
4.3.1. Диффузия газов в фирне
4.3.2. Метаморфизм крупинок льда в слое фирна
4.3.3. Химические процессы на (в) зернах фирна
4.3.4. Изотопный обмен и высвобождение газов, заключенных в зернах фирна
4.4. Астрофизические и геофизические параметры, определяющие уровень концентрации 14С в полярных льдах
4.5. Выводы

V. Анализ данных по |4С в образцах льда скважин Восток и Тейлор Доум в Антарктиде
5.1. Введение
5.2. Экспериментальные данные по |4С в образцах льда скважин Восток и Тейлор Доум
5.3. Полная концентрация 14С «in situ» в образцах льда
5.3.1. Зависимость плотности фирна от глубины
5.3.2. Расчет концентрации космогенного |4С «in situ» в образцах льда
5.4. Концентрация |4С «in situ», образованного на глубинах, больших глубины границы фирна и льда
5.4.1. Восстановление толщины фирнового слоя по данным климатических условий
5.4.2. Расчет концентрации 14С «in situ» в образцах льда
5.4.3. Обсуждение результатов
5.5. Космогенные радионуклиды |4С и збС1 в антарктических льдах
5.6. Выводы
VI. Заключение
6.1. Основные выводы и результаты работы
6.2. Научная новизна
6.3. Основные положения, выносимые на защиту
Список литературы

На рис. 13 также приведены зависимости скорости образования радиоуглерода от толщины льда согласно исследованиям [14,15,69]. В работах [14,15,22,24,69] значение длины ослабления всенаправленного потока нейтронов во льду полагалось равным 150 г/см2; в работах [19,20,23,26-28] - 160 г/см2. В исследовании [14] длина ослабления
всенаправленного потока нейтронов во льдах полагалась равной значению данного параметра в тропосфере. Однако использовалось завышенное значение параметра. Согласно данным измерений длина ослабления всенаправленного потока нейтронов в тропосфере в условиях высоких геомагнитных широт составляет 130-135 г/см2 [9,52,68] (см. также обсуждение и цитируемую литературу в параграфе 3.3.1).
Концентрация радионуклида, образованного ядерно-активным компонентом космического излучения, во льду в области абляции ледника пропорциональна скорости образования нуклида на рассматриваемой глубине [24]. В этом случае ошибка в 15% в значении Л'се приводит к ошибке в 50% в расчетных значениях концентрации |4С на глубинах ЗА”. Как можно более точное определение значения параметра Л” существенно для расчетов концентрации |4С в образцах льда, извлеченных из областей абляции ледника
Неопределим интегральную скорость образования:
Qn=]Pn{z)dz = PnoK

В областях аккумуляции льда концентрация нуклида определяется интегральной скоростью образования (см. следующую главу). Значение интегральной скорости образования Qn для
полученных в работе параметров Рп0 и Л)“ составляет 3370 ат/см2/год.
В последующих расчетах будут использоваться значения параметров Рп0 = 26 ат/г/год
и Л‘се = 130 г/см2. Относительная погрешность Ко принята равной величине расхождения
данных расчетов и скорости образования во льдах, полученной на основе значений скорости образования радиоуглерода в кварце - около 10-15%. Значения длин ослабления всенаправленного потока высокоэнергичных нуклонов в атмосфере и во льдах совпадают по величине - средние атомные веса двух сред имеют близкие значения. Относительную погрешность А” можно положить равной ошибке измерений длины ослабления потока высокоэнергичных нуклонов в атмосфере - около 3-5% (см. параграф 3.3.1).