[論文レビュー] Performance of wire-type Rn detectors operated with gas gain in ambient air in view of its possible application to early earthquake predictions

G. Charpak, P. Benaben+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2010

Earthquake Detection and Analysis参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、大気中でガス増幅（100–1000）を用い、1分間で140 Bq/m³の最小検出活動を達成する低コストで頑丈なワイヤー型ラドン（Rn）検出器を提案する。本検出器は、地震予測ネットワークにおける大規模な展開が可能であり、予期しないラドン濃度の急増と直前の地震との相関関係を調査するのに実用的である。

ABSTRACT

We describe a detector of alpha particles based on wire type counters (single-wire and multiwire) operating in ambient air at high gas gains (100-1000). The main advantages of these detectors are: low cost, robustness and ability to operate in humid air. The minimum detectable activity achieved with the multiwire detector for an integration time of 1 min is 140 Bq per m3, which is comparable to that featured by commercial devices. Owing to such features the detector is suited for massive application, for example for continuous monitoring of Rn or Po contaminations or, as discussed in the paper, its use in a network of Rn counters in areas affected by earth-quakes in order to verify, on a solid statistical basis, the envisaged correlation between the sudden Rn appearance and a forthcoming earthquake.

研究の動機と目的

• 自然環境に長期間設置可能な低コストで頑丈なラドン検出器の開発を目的とする。
• 制御された環境や乾燥条件を必要とせず、大気中でのラドンの連続モニタリングを可能にする。
• このような検出器を大規模なネットワークに応用し、地震の早期予測を実現する可能性を評価すること。
• 商業用デバイスと同等の検出感度を実現しながら、湿潤で制御不能な大気条件下でも動作させること。
• ガス増幅を有するワイヤー型カウンタを用いたリアルタイムで現場に設置可能なラドンモニタリングの有効性を検証すること。

提案手法

• 大気圧下で大気中で動作する単一ワイヤーおよびマルチワイヤー比例カウンタの利用。
• ラドンおよびその崩壊生成物が放出するアルファ線のイオン化信号を、ガス増幅（100–1000）により増幅する。
• 実環境における露出に耐える耐久性と安定性を評価するため、高湿度条件下での動作を実施。
• 最小検出活動を特定するため、1分間隔での信号積分を実装。
• 金属または導電性ワイヤー アノードを有する標準的なワイヤーチャンバー構造を採用。
• 大気中でも安定した動作を維持しつつ、ガス増幅を達成するための高電圧バイアスを適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ワイヤー型ラドン検出器は、大気中で動作させた場合でも、地震の早期予測に十分な感度を達成できるか？
• RQ2 高湿度を伴う実大気条件下で、マルチワイヤーRn検出器の最小検出活動はどの程度か？
• RQ3 制御不能な環境条件下で、長期間連続して設置された場合、ワイヤー型検出器のガス増幅性能はどれほど安定しており頑丈か？
• RQ4 このような検出器は、現地応用において商業用ラドンモニタと同等の性能を示せるか？
• RQ5 このような低コスト検出器ネットワークを用いることで、予期しないラドン濃度の急増と直前の地震との相関関係を統計的に検証可能か？

主な発見

• マルチワイヤー検出器は、1分間の積分時間で140 Bq/m³の最小検出活動を達成した。
• 高湿度の大気中でも安定した動作を示し、現場設置に適した耐久性を確認した。
• 特別なガス精製を要せず、大気中条件下でも100–1000のガス増幅が安定して達成された。
• マルチワイヤー検出器の性能は、商業用ラドン検出装置と同等であることが判明した。
• 低コストかつ運用の簡素さから、地震監視ネットワークにおける大規模な展開に適している。
• 自然環境で連続稼働可能な本システムの能力は、地震前兆研究のための長期ラドンモニタリングに貢献する。