[논문 리뷰] Penetrating Radiation on the Sea

Domenico Pacini, Translated외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 01. 15.

Ionosphere and magnetosphere dynamics인용 수 10

한 줄 요약

1911년, 도메니코 파치니는 쇄도된 전기계를 사용하여 개방된 해상에서 관입 방사선을 측정하였으며, 해면에서의 이온화 수준이 육상의 약 2/3임을 발견하였다. 이 핵심 결과는 두 대의 기기에서 일관되게 확인되었으며, 대기 중 이온화의 상당 부분—특히 변동성이 큰 성분—이 지구 방사능과는 별개의 원인에서 비롯된다는 초기 증거를 제공하였고, 천체선의 발견을 예고하였다.

ABSTRACT

At the beginning of the twentieth century, two scientists, the Austrian Victor Hess and the Italian Domenico Pacini, developed two brilliant lines of research independently, leading to the determination of the origin of atmospheric radiation. Hess measured the rate of discharge of an electroscope that flew aboard an atmospheric balloon. Because the discharge rate increased as the balloon flew at higher altitude, he concluded in 1912 that the origin could not be terrestrial. For this discovery, Hess was awarded the Nobel Prize in 1936, and his experiment became legendary. At the same time, in 1911, Pacini, a professor at the University of Bari, made a series of measurements to determine the variation in the speed of discharge of an electroscope (and thus the intensity of the radiation) while the electroscope was immersed in a box in a sea near the Naval Academy in the Bay of Livorno (the Italian Navy supported the research). Pacini discovered that the discharge of the oscilloscope was significantly slower than at the surface. Before his conclusive measurements, Pacini performed a series of experiments between 1907 and 1910, in particular by comparing radioactivity on ground and on the sea surface a few kilometers off the coast. These experimennts gave marginal indications on the presence of a non-terrestrial component, encouraging Pacini to continue his research till the conclusive results. Such first experiments on the sea are presented in the article by D. Pacini in Le Radium VIII (1911) 307, which is essentially a translation into French of another article published in Italian in Ann. Uff. Centr. Meteor. XXXII, parte I (1910); this is a translation in English of the article by Pacini in "Le Radium", article which was quoted by Hess in his famous paper.

연구 동기 및 목표

• 지표 방사능이 기여하는 바를 평가하기 위해 해면에서의 관입 방사선 강도를 측정하고 육상과 비교하기.
• 바람이나 파도와 같은 대기 또는 해양 과정이 관측된 이온화 수준에 영향을 미치는지 조사하기.
• 관측된 이온화 변동성이 해수나 대기에서 방출된 방사성 붕괴 생성물에 기인할 수 있는지 평가하기.
• 대기 중 이온화의 상당 부분이 지구의 지각 외부에서 기인한다는 가설을 검증하기.
• 토양 방사능만으로는 설명되지 않는 관입 방사선 성분의 존재에 대한 경험적 증거를 제공하기.

제안 방법

• 표면 수준의 이온화에서 분리된 관입 방사선을 측정하기 위해 coppe로 쌓인 전기계 장치(장치 B)를 사용하여 측정을 수행하였다.
• 이탈리아 리본조 근처의 개방된 해상에서 실험을 수행하였으며, 해안으로부터 500미터 이상 떨어져 있고 수심 4미터 이상인 위치에서 진행하여 지구 기여를 최소화하였다.
• 유사한 기기로 육상(이탈리아 세스토라)에서 측정한 결과와 해면에서의 이온화율을 비교하였다.
• 바람 조건(해상에서 오는 바람과 해안에서 오는 바람)을 다양하게 기록하며 바람 방향과 속도를 기록하여 대기 영향을 평가하였다.
• 이온화율 계산에 사용된 기본 전하 값은 e = 4.65×10⁻¹⁰ U.E.S.로 수정된 값을 사용하였다.
• 이온화 수준의 시간적 진동을 분석하여 변동성과 잠재적 원인(대기 불안정성 등)을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 해면에서의 관입 방사선 상대 강도는 육상과 비교하여 어떻게 되는가?
• RQ2 파도 운동 등 해양 상태 또는 바람 조건이 측정된 이온화 수준에 영향을 미치는가?
• RQ3 관측된 이온화 변동성이 해수에서 방출된 방사성 붕괴 생성물에 기인할 수 있는가?
• RQ4 지구의 지각 내 활성 물질 이외의 원인으로부터 이온화에 측정 가능한 기여가 있는가?
• RQ5 해면에서의 이온화는 장치의 차폐 효과만으로 충분히 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 해면에서 관입 방사선에 의해 1cm³당 1초당 생성되는 이온의 수는 육상에서 측정된 값의 약 2/3이었으며, 두 대의 독립된 기기에서 일관된 결과를 얻었다.
• 동일한 측정 조건에서 해면에서의 이온화율은 육상 평균보다 5 이온/cm³/초 낮았다.
• 해면에서의 이온화 수준은 육상에서 관측된 것과 동일한 정도의 진폭으로 진동을 보였으며, 이는 동적인 비정상적인 원인이 있음을 시사하였다.
• 바람 속도, 방향 또는 해양 상태와 이온화 수준 사이에 눈에 띄는 상관관계가 없었으며, 이는 바람에 의해 방사성 방출물이 방출되는 것이 주요 원인임을 배제하였다.
• 관측된 해상 이온화 수준는 해수나 대기 중 알려진 활성 물질의 양으로서는 충분히 설명되지 않았으며, 외부 원인이 있음을 시사하였다.
• 결과는 대기 중 관입 방사선의 상당 부분—특히 변동성이 큰 성분—이 지구 방사능과는 별개로 기인한다는 결론을 지지하며, 외계 기원의 가능성을 시사한다.