Beobachtungen und Wirkungen von natürlicher terrestrischer Neutronenstrahlung

von Dr. Hans-Dieter Langer, Niederwiesa  


Zu diesem Thema hielt der Autor am 18. November 2003 einen Vortrag an der Kernforschungsanlage Jülich. Dazu liegt kein Manuskript vor. Aufgrund von Anfragen werden nachstehend wenigstens die verwendeten Folien in das Internet gestellt (Literatur auf Anfrage). 

1. Einführung

* Ungewöhnliche Formulierung - „Possible existence of a neutron“, Nature, 129 (1932) 312 - von James Chadwick zum gebundenen Neutron

* Faszinierend hoher Informations- und Wirkungsgehalt des freien Neutrons innerhalb seiner ca. 15 min mittlerer Lebensdauer (Rauch, 2002): Grundexperimente, Strukturdiagnostik, Therapie, Waffe, Strahlenschutz, Strukturkiller

* Die Spur seines kurzen Schicksals führt einerseits unmittelbar zu den Grundpfeilern der Physik bzw. zu den fundamentalen Prozessen im Weltraum und auch der Erde: kosmische/terrestrische natürliche Neutronen 

* Seit 55 Jahren Messprogramme zur Bestimmung der Neutronenströme auf mobiler und stationärer Basis: Energie- und Höhenverteilung, regionale Unterschiede, geologische Zusammenhänge, zeitliche Schwankungen

* Damit steht fest: Die Hintergrundstrahlung enthält auch eine natürliche freie Neutronenkomponente, die direkt aus der Erde kommt.

* Das terrestrische Neutronenfeld (und mit ihm andere Kernstrahlungen) ist ein dynamisches Phänomen mit stationären Effekten, z.B. der ortsfesten Strahlbildung.

* Andererseits reift der Verdacht, dass das natürliche freie Neutron - das die heutigen Lebensbedingungen eher zunehmend berührt (s. Hochtechnologien) - zudem einen unerwartet großen Einfluss auf die Evolution bzw. sogar auf vergangene Hochkulturen ausübte.


* Schlussfolgerungen eigener Forschung:

- Korrelation von Struktur des terrestrischen Kernstrahlungsfeldes (Strahlen) und Realstruktur der Erdkruste

- Neutronotropie


2. Das terrestrische Kernstrahlungsfeld

Messungen: Kurzzeit/Balon, Flugzeug, Regionen, Gebirge, Gewässerrand, in der Umgebung von Bäumen; weltweites „Netz“ von Messstationen im Dauerbetrieb; Satelliten-Messungen (z.B. Mars Orbiter „2001 Mars Odyssee“ bzw. „Mars Express 2003“: H-Nachweis via kosmische Neutronen auf dem Mars) B00a/00b Diagr. bzw. Fotos/Neutronen bzw. Bäume am Gewässerrand

* Spektrum „kosmischer“ Neutronen (Wiegel, 2003): B01 Diagr./Spektrums-Messung (70 m über NN (Bonn)/Dez.99-Jan.00 mittlere Neutronen-Flussdichte 46 cm^-2h^-1 entspr. mittlerer Äquivalentdosisleistung 9,3 nSvh^-1₎

* Höhenabhängigkeit der Neutronen-Konzentration: Abnahme bis zu einigen 100 m (Yuan, 1948); Konstanz bis ca. 2 km (Kuzhevskij u.a., 1990): B02 Diagr./Höhenmessung der Neutronenkonzentration (10 % der langsamen Neutronen in der Biosphäre stammen 
aus der Erde, Volodichev u.a., 2001) 

* Zählrate langsamer kosmischer Neutronen zeitabhängig: (Otsubo und Yoshimura, 1999; Kuzhevskij u.a., 1990): B03 Siagr./Neutronenflüsse

Neutronen-Konzentration (< 0,45 eV) in der Biosphäre, Kuzhevskij u.a., 2003a: ca. 5x10^-10 cm^-3

1 MeV-Neutronen werden in der Atmosphäre in ca. 0,1 s thermalisiert, Bekurtz und Virtz, 1968

Mittl. Lebensdauer bzw. Reichweite langsamer Neutronen in der Atmosphäre, Kuzhevskij u.a., 2003a, z.B. ¹⁴N(n, p)¹⁴C: ca. 0,2 s bzw. einige 100 m

Natürliche Radioaktivität der Erde, Univ. Michigan: U (25), Th (40), ⁴⁰K (400), Ra (48 Bqkg^-1), Rn (10kBqm^-3)

Neutronen-Quellen im Erdkörper:

- ²³⁸U- und andere Kernspaltungen (Abdurashitov u.a., 2000)

- (α, n)-Reaktionen auch durch kosm. Teilchen z.B. 
von N, C, O (Lingenfelter u.a., 1965); F, Na, Mg, 
Al, Si (Flynn u.a., 1978)

- Radon/Thoron- α-Reaktionen (auch via Risse) in der 
Erdkruste und in der atmoshärischen Grundschicht 
(Roeloffs, 1999; Beliaeva u.a., 1999)

- natürlicher U-Kern-Kernreaktor ? (Herndon, 2003); 
(s. Oklo/Gabun, Univ. Michigan, 2003: 3 % ²³⁵U; 
Grundwasser als Moderator, Reflektor und Kühlung; 
Xe und Nd als Absorber)

* Anisotropie des Totalflusses: Apr-Mai und Aug-Sep ≈ 0; Jun-Jul < 0 („splashes“!); Okt-Mär > 0 (Kuzhevskij u.a., 2003a): B04 Diagr./Anisotropie des Totalflusses

* Fluktuationen in Raum und Zeit/Sonne, Wetter, Erdkrusten-Dynamik/“Splashs“ (Kuzhevskij u.a., 2003): B05 Diagr./Neutronen-Splashs bei Mondphasen

Poisson-Verteilung für kosmische und Log-Normal-Verteilung für terrestrische Komponente, incl. eines Teils der Langzeit-Splashes (Kuzhevskij u.a., 2003b)

Folgen des natürlichen Neutronenflusses u.a.: JEDEC-Standard-Probleme, insbes. “terrestrial-neutron-induced soft error“ (TENS) von SRAMs und DRAMs in Supercomputern (Ibe u.a., 2003): z.B. Normand, 2003/ n-¹⁰B-α-Reaktion in Borsilikatglas-Passivierung; Kuchar, 1998:n-Stördotierung von Halbleitermaterialien

3. Über die besondere Lebensfeindlichkeit des Neutrons

* Wirkungsquerschnitt langsamer Neutronen (Von der Hardt und Röttger, 1981): B06 Diagr./Wirkungsquerschnitte der Neutronen

Quelle-Detektorabstand ca. 3 m: Eine Person reduziert die Zählrate langsamer Neutronen um mehr als 20 % (Peurrung u.a., 1999)

linearer Energietransfer ΔE/Δx (Pawelke, 2002):
- locker ionisierend (Rö, γ) ≤ 1keV/μm
- dicht ionisierend (n), zwischen 10 bis <100 keV/ μm

* Erfahrungen zur biologischen Wirkung von Neutronen: 
B07 Folie/Lebensfeindlichkeit der Neutronen

Qualitätsfaktor bzw. Strahlungs-Wichtungsfaktor enthält Infos über die relative biologische Wirksamkeit, ist jedoch für Neutronen umstritten, u.a. da rel. biol. Wirksamkeit (1,6 bis 100) bzw. „excess relative risk“ unklar: 20 (früher 10, γ: 1)

ILL Millenium Program: Deuteration von biologischen Makromolekülen 

Tritium im Urin des Menschen (Yoshida u.a., 2002)

Inverser Dosiseffekt umstritten (Weissenbök u.a., 1998): „Entwicklung eines biologisch begründeten Krebsmodells für den Niedrigdosis-Bereich“

Gibt es das Krebsbett (bzw. Krebshaus)? B08 Diagr./Stängle-Messungen

4. Untersuchungen und Modellvorstellungen zur Korrelation Realstruktur der Erdkruste und Struktur der terrestrischen Kernstrahlung in der Biosphäre und zur Neutronotropie der Bäume

4.1 Beobachtungen und Messungen

* Beobachtungen und Messungen an Bäumen:

- Hanneloreneiche zu Limbach-Oberfrohna: B09 Foto bzw. Tab./Baum bzw. Messungen

- Friedhofslinde zu Annaberg-Buchholz: B10 Fotos bzw. Diagr./Baum bzw. Messungen

- Eiche im Sabaurwald: B11 Fotos bzw. Skiz./Baum bzw. Teilstrahlmodell

* Beobachtungen und Messungen an Kulturdenkmalen:

- Steinkreis von Stonehenge (Mayr, 1998): B12 Foto/Skiz. bzw. Diagr./Bauwerk bzw. Messungen

- Kathedrale von Chartres (Mayr, 1999): B13 Foto bzw. Diagr./Bauwerk bzw. Messungen

- Steinallee von Carnac (Langer, 2003): B14 Fotos bzw. Diagr./Bauwerk bzw. Messungen

- Baum und Kulturdenkmal: B15 Baum/Tempel-Korrelation (Buchvorlage)

- Neutronen-Garten zu Niederwiesa

* D.h. Beobachtung „linearer“ und „punktueller“ Effekte: Flächen- bzw. Teilstrahlen? Wichtig: Strahlmodelle!!

4.2 Modellvorstellungen zu Strahlen sowie konstruktiven bzw. destruktiven neutronotroper Reaktionen der Bäume (Neutronotropie)

* Risse in der Erdkruste: 

- Georgius Agricola und der Silberbergbau: B16 Folie/Agricola-Texte, B17 Foto/Baum-Lineament im Wald 

- Altbergbau um Annaberg: B18 Lageplan der ausgebeuteten Gänge (Buchvorlage)

- Parallelriss-Systeme: B19/B20 Fotos/Parallelrisse in Felswänden, B21 Skiz./Rissschema 

- Modell terrestrischer Neutronenwellenleiter: B22 Skiz./Modell Neutronen-Wellenleiter

- Modell Teilstrahl: B23 Skiz./Modell Neutronen-Teilstrahl

- Modell Sternkreuzung (konstruktive Wuchskraftverstärkung): B24 Skiz./Modell Rissstern, B25 Foto/Große Eiche von Ivenack 

* Wichtige ungelöste Probleme aus physikalischer Sicht:

- Tiefe Neutronen-Quelle?

- Neutronen-Wellenleitung?

- Grenzwinkel der Totalreflexion schneller Neutronen (Koester und Steyerl, 1977) ca. 12“, aber langsame Neutronen beteiligt: Wie langsam?

Andere Effekte, die die Strahlbildung beeinflussen : z.B. Energie, Absorption, inkohärente Streuung, inelastische Streuung, Rauhigkeit, Kristallinität (Sind Risse tatsächlich von so fundamentaler Bedeutung? 

Gibt es zudem Beugungseffekte? B26 Foto/Stammkrümmung einer Fichte

Wenn Neutronen-Energie 2πħ²Nbm^-1 (N Atomflächendichte, b Streulänge, m Masse) kleiner als ihre potentielle Energie in der entsprechenden Materie, dann Reflexion bei beliebigem Einfallswinkel (Maier-Leibnitz, 1962), aber Ultrakalte Neutronen(!)

Reichweitenvergrößerung: Neutronenwelle wechselwirkt mit dem Medium als Ganzes, nicht mit den individuellen Atomen

* Beobachtung spezieller destruktiver Wuchseffekte von Bäumen:

- Gradientenwuchs als Fluchtreaktion (?): 
B27 Foto bzw. Diagr./Bäume am Wasser bzw. Messungen

- Kriechwuchs zur „Querschnittsminimierung“ (?): 
B28 Foto/Kriechwuchs eines Baumes

- Schrägwuchs, Zwieseleffekt, Brüdereffekt, Welleneffekt, Brückenwuchs, Borkenrückzug als Fluchtreaktion (?): 
B29/30 Fotos/Neutronen-Garten bzw. Brückenwuchs zweier Kiefern

- Beulen als Streuabwehr (?): B31 Fotos/Baumbeulen, 
B32/33 Fotos/Wolframslinde zu Ried bzw. Kirchlinde zu Kaditz
(Neutronenleiter und -spiegel: Schichtsysteme - z.B. mehrere 100 Ni/Ti- bzw. ⁵⁸Ni/⁶²Ni-Doppelschichten - mit alternierenden Streueigenschaften und abnehmender Dicke sind für Neutronen im Vergleich zum Vakuum optisch dünnere Medien)

- Drehwuchs als magnetische Abwehr (?): 
B34 Foto/Drehwuchs eines Baumes
(Magnetisches Moment μ_n = - 60 neV/T hat ausreichende Kraftwirkung |K| = ΔH/Δx auf sehr langsame Neutronen im inhomogenen Magnetfeld zur Folge)

5. Schlussfolgerungen/ Konzepte für Applikationen

* Neutronotropie (Standortoptimierung, Ertragssteigerung, biophysikalische Grundlagenforschung)

* Prüfung der medizinischen Relevanz (z.B. Standortfragen)

* Ausfallprobleme von Hochtechnologien (VLSI/ULSI, Gentechnologie)

* Kontrolle der Dynamik der Erdkruste (Vorhersage)

* Strukturanalyse der Erdkruste/Physik der Erde
 

15.01.04
F.M.