[論文レビュー] Concerning the Time Dependence of the Decay Rate of 137Cs

J. H. Jenkins, Ephraim Fischbach+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 9, 2012

Radioactive Decay and Measurement Techniques参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、PTB（1999–2008年）の10年間にわたり測定された137Csの崩壊率データを、時間周波数スペクトログラムおよびパワースペクトル解析を用いて分析し、顕著な年間周期的変動は認められなかった。これに対して、同一のシステムで測定された133Baは、明確な年間および高調波周期的変動を示しており、崩壊率の変動は核種に特異的であり、系統的要因によるものではないことが示唆される。これは、特定の核種に太陽の影響が及ぶ可能性を支持する。

ABSTRACT

The decay rates of 8 nuclides (85Kr, 90Sr, 108Ag, 133Ba, 137Cs, 152Eu, 154Eu, and 226Ra) were monitored by the standards group at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig, Germany, over the time frame June 1999 to November 2008. We find that the PTB measurements of the decay rate of 137Cs show no evidence of an annual oscillation, in agreement with the recent report by Bellotti et al. However, power spectrum analysis of PTB measurements of a 133Ba standard, measured in the same detector system, does show such evidence. This result is consistent with our finding that different nuclides have different sensitivities to whatever external influences are responsible for the observed periodic variations.

研究の動機と目的

• 長期間にわたるPTB測定データを用いて、137Csの崩壊率に周期的変動、特に年間周期的変動が存在するかを調査すること。
• 同一の条件下で測定された他の核種（特に133Ba）との比較を通じて、系統的要因を特定すること。
• 観測された崩壊率の周期的変動が、環境要因か、内在的な核現象に起因するかを特定すること。
• 異なる核種および検出器システム間で、崩壊率変動の整合性が保たれているかを評価すること。
• 太陽の影響、たとえばニュートリノフラックスや太陽振動が、核崩壊率を変調する可能性があるという仮説を評価すること。

提案手法

• 半減期のフィッティング後に残差データを用いたLomb-Scargle法によるパワースペクトル解析。
• RONO正規化および500測定区間ごとの逐次尤度パワースペクトル解析を用いた時間周波数スペクトログラムの作成。
• PTBで同一の検出器および電子回路を用いて同時に測定された137Csおよび133Baの崩壊データの比較。
• スペクトログラムを用いて、一時的または非定常的な周期的変動（特に年間および準年周期）を検出すること。
• 85Kr、90Sr、108Ag、152Eu、154Eu、226Raを含む合計8種の核種のデータを用いたクロスコパレーション分析。
• Ellis (2010)、Alburgerら (1980)、Bellottiら (2012) の結果と照合することで、一貫性および系統的要因を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10年間の測定期間において、137Csの崩壊率に顕著な年間または準年周期的変動が認められるか？
• RQ2 133Baは同じ検出器システムで測定されているにもかかわらず、なぜ年間周期的変動が強く現れるのに対し、137Csにはそのような変動が認められないのか？
• RQ3 観測された崩壊率の周期的変動は、環境的要因や機器的要因に起因するものか、それとも太陽の影響のような物理的メカニズムを示唆するものか？
• RQ4 異なる核種における周期的変動の振幅や位相は一貫しているか、それとも顕著に異なるか？
• RQ5 観測された周期的変動は、リーゲル型振動や太陽回転の高調波といった既知の太陽周波数と一致するか？

主な発見

• 137Csの崩壊率データのスペクトログラムでは、2002年から2004年の間にわずかに年間周期的変動の兆しが見られるが、有意性はなく、周期的変動の明確な証拠はない。
• これに対して、同じ検出器システムで得られた133Baのデータは、2003年から2005年にかけて明確で持続的な年間周期的変動を示しており、2年1周期の高調波成分の証拠もあり、リーゲル型振動の可能性を示唆している。
• 同じ実験条件下で137Csに年間周期的変動が認められないのに対し、133Baには認められるという事実は、系統的要因や環境的要因によるものではないことを強く示唆する。
• 同一の検出器および電子回路を共有しているにもかかわらず、137Csと133Baの挙動の差は、崩壊率変動が核種に特異的であり、測定アーチファクトによるものではないという仮説を支持する。
• データは、ニュートリノフラックスの変動や太陽振動といった太陽の影響が、特定の核種に異なる形で作用する可能性があるという仮説と整合しており、226Ra や 32Si/36Cl などの他の核種でも同様の傾向が観察されている。
• 本研究は、すべての核種が時間的に変動する崩壊率を示すわけではないこと、また、変動が見られる場合でも、その振幅・位相・周波数は核種ごとに顕著に異なることを強化する。