Эквивалент счетчика воды

Отделение ядерной физики и физики элементарных частиц

В физике водный эквивалент метра ( часто mwe или mwe ) является стандартной мерой ослабления космических лучей в подземных лабораториях . Лаборатория на глубине 1000 mwe защищена от космических лучей так же, как лаборатория на глубине 1000 м (3300 футов) под поверхностью водоема. Поскольку лаборатории на одной и той же глубине (в метрах) могут иметь значительно различающиеся уровни проникновения космических лучей, mwe обеспечивает удобный и последовательный способ сравнения уровней космических лучей в различных подземных местах. ^[1]

Затухание космических лучей зависит от плотности материала вскрыши , поэтому mwe определяется как произведение глубины и плотности (также известное как глубина взаимодействия). Поскольку плотность воды1 г/см ³ , 1 м (100 см) воды дает глубину взаимодействия 1 гектограмм на квадратный сантиметр (100 г/см ² ). В некоторых публикациях вместо mwe используется hg/см ^{2 , хотя эти две единицы эквивалентны. [2]}

Например, пилотная установка по изоляции отходов , расположенная на глубине 660 м (2170 футов) в соляной формации, достигает экранирования 1585 мвт. Шахта Судан , находящаяся на глубине 713 м (2339 футов), всего на 8% глубже, но поскольку она находится в более плотной богатой железом породе, она достигает экранирования 2100 мвт., что на 32% больше.

Другим фактором, который необходимо учитывать, является форма покрывающей породы. В то время как некоторые лаборатории расположены под плоской поверхностью земли, многие находятся в туннелях в горах. Таким образом, расстояние до поверхности в направлениях, отличных от прямого, меньше, чем это было бы при условии плоской поверхности. Это может увеличить поток мюонов в раз4 ± 2 . ^[3]

Обычное преобразование между mwe и полным потоком мюонов дается Мэем и Химе: ^[4]

${\displaystyle I_{\mu }(h_{0})=67.97\times 10^{-6}e^{-h_{0}/285}+2.071\times 10^{-6}e^{-h_{0}/698}}$

где - глубина в мв.э., а - полный поток мюонов на см ² ⋅с. (Первый член доминирует для глубин до 1681,5 мв.э.; ниже - второй член. Таким образом, для больших глубин указанный выше множитель 4 соответствует разнице 698 ln 4 ≈ 968 мв.э.) ${\displaystyle h_{0}}$ ${\displaystyle I_{\mu }}$

Стандартный рок

В дополнение к mwe, глубина подземной лаборатории может также измеряться в метрах стандартной породы. Стандартная порода определяется как имеющая массовое число A = 22, атомный номер Z =  11 и плотность 2,65 г/см ³ (43,4 г/куб. дюйм). ^[5] Поскольку большинство лабораторий находятся под землей, а не под водой, глубина в стандартной породе часто ближе к фактической подземной глубине лаборатории.

Действующие подземные лаборатории

Подземные лаборатории существуют на глубине от чуть ниже уровня земли до приблизительно 6000 мвт в SNOLAB ^[4] и 6700 мвт в подземной лаборатории Цзиньпин в Китае. ^[6]

Ссылки

1. "Deep Science". National Science Foundation . Архивировано из оригинала 2015-02-23 . Получено 2014-10-03 .
2. Гридер, Питер КФ (2001). Космические лучи на Земле: Справочное руководство исследователя и справочник данных. Gulf Professional Publishing. стр. 482. ISBN 978-0-444-50710-5. Получено 01.10.2023 – через books.google.com.
3. Го, Цзыи и др. (JNE Collaboration) (2021). «Измерение потока мюонов в подземной лаборатории Цзиньпин в Китае». Chinese Physics C. 45 ( 2): 025001. arXiv : 2007.15925 . doi : 10.1088/1674-1137/abccae. S2CID  244399721. Исследование потоков мюонов в различных лабораторных помещениях, расположенных под горами и под шахтными стволами, показало, что первое, как правило, в (4±2) раза больше второго при той же вертикальной перекрывающей нагрузке.
4. Mei, D.-M.; Hime, A. (6 марта 2006 г.). "Исследование фона, вызванного мюонами, для подземных лабораторий". Physical Review D. 73 ( 5): 053004. arXiv : astro-ph/0512125 . Bibcode : 2006PhRvD..73e3004M. doi : 10.1103/PhysRevD.73.053004. S2CID  119446070.
5. KA Olive; et al. (Particle Data Group) (2014). "Обзор физики элементарных частиц". Chinese Physics C. 38 ( 9): 1–708. arXiv : 1412.1408 . Bibcode :2014ChPhC..38i0001O. doi :10.1088/1674-1137/38/9/090001. PMID  10020536.
6. Ву, Ю-Чэн; Хао, Си-Цин; Юэ, Цянь; Ли, Юань-Цзин; Ченг, Цзянь-Пин; Канг, Кэ-Джун; Чен, Юн-Хуа; Ли, Джин; Ли, Цзянь-Мин; Ли, Ю-Лань; Лю, Шу-Куй; Ма, Хао; Рен, Цзинь-Бао; Шен, Ман-Бин; Ван, Джи-Мин; Ву, Ши-Ён; Сюэ, Тао; Йи, Нан; Цзэн, Сюн-Хуэй; Цзэн, Чжи; Чжу, Чжун-Хуа (август 2013 г.). «Измерение потока космических лучей в подземной лаборатории Китая ЦзиньПин». Китайская физика C . 37 (8): 086001. arXiv : 1305.0899 . Bibcode : 2013ChPhC..37h6001W. doi : 10.1088/1674-1137/37/8/086001. S2CID  199686625.