Гидроакустическая система определения координат регистрирующих модулей Байкальского глубоководного нейтринного телескопа

• Автор: Ченский, Александр Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1 Основные особенности течений воды в Южном Байкале и их влияние на буйковые станции, несущие черен-ковские детекторы.

1 Основные особенности движения вод в Южном Байкале.

1.1 Течения в подледный период

1.2 Течения в навигационный период

2 Оценка величины воздействия течений на притопленные буйковые станции в районе развертывания НТ-200.

2.1 Методика и результаты расчета

3 Экспериментальные исследования влияния течений на буйковые станции.

3.1 Измерение абсолютных смещений гидрологической притоп-ленной буйковой станции

Глава 2 Исследования и анализ характеристик оз.Байкал как
звукопроводящей среды.
1 Температурный режим вод оз.Байкал в районе постановки НТ-200.
2 Скорость звука в байкальской воде.
3 Затухание акустических сигналов в пресной воде.
4 Акустические шумы в озере Байкал.
5 Влияние границ раздела сред и звукорассеивающих слоев на распространение акустических сигналов.
Глава 3 Гидроакустическая система нейтринного телескопа НТ-200 и ее использование для мониторинга процессов водообмена.

1 Анализ возможных конфигураций акустических систем.
2 Структура гидроакустической системы НТ-200.
2.1 Формирователи запуска маяков и измерители наклонных дальностей
2.2 Гидроакустические маяки
2.3 Береговой комплекс
2.4 Цикл измерений координат нейтринного телескопа
3 Анализ погрешностей измерений координат оптических модулей.
3.1 Аппаратурные ошибки
3.2 Ошибки, связанные с неточным знанием свойств среды
3.3 Ошибки технологии разметки мест и методики постановки маяков
3.4 Выводы
4 Результаты измерений координат нейтринного телескопа.
5 Исследования водной среды при помощи гидроакустической системы НТ-200.
6 Заключение
Литература

Введение
Идея создания больших глубоководных установок для регистрации элементарных частиц в естественных водоемах была высказана М.А. Марковым [1] 40 лет назад. Такие установки должны стать экспериментальной базой нового направления современной науки - нейтринной астрофизики высоких энергий. Основная идея предложения М.А.Маркова состояла в создании в глубоком естественном водоеме пространственной решетки фотоприемников, которые должны регистрировать черепковское излучение мюонов, рожденных нейтрино и двигающихся из нижней полусферы. В последствии стала обсуждаться возможность регистрации акустических сигналов, которые должны возникать при развитии ливней, порождаемых при взаимодействии нейтрино сверхвысоких энергий с водой [3], [4]. Со временем круг задач, которые могут стоять перед большими глубоководными установками, значительно расширялся
[5]. Особое место здесь занимает поиск тяжелых магнитных монополей
[6], при прохождении которых через воду должен возникать, в том числе, и акустический сигнал.
Однако, долгое время практическое создание глубоководных установок для регистрации элементарных частиц казалось слишком сложным и дорогим делом. С середины семидесятых годов начали развиваться проекты глубоководных установок с использованием оптических приемников. поскольку, во-первых, методика регистрации черенковского излучения элементарных частиц значительно более развита, во-вторых, энергетический порог у черенковских детекторов значительно ниже, чем у акустических, следовательно, для получения разумной статистики нейтринных событий объем установок, основанных на регистрации черенковского излучения, может быть на несколько порядков ниже, чем у акустических глубоководных детекторов элементарных частиц. Создание в будущем акустических детекторов для регистрации частиц сверхвысоких энергий является вполне перспективным, поскольку поглощение акустических волн в воде во много раз меньше, чем поглощение черенковского излучения. Поэтому акустические приемники могут располагаться реже, чем оптические, и при том же числе приборов заполнять большие объемы.
Исторически первым проектом глубоководного черенковского детектора стал созданный под руководством Ф.Райниса проект БиМЙШР [7].
С[Т, 5, Р) = 1402.388 4- 5.03711Г - 5.80852 х 10~2Р2 +
+3.3420 х 10-4Г3 - 1.47800 х 10"6Т4 +
+3.1464 х 10~9Г5 +
+(0.153563 + 6.8982 х 10"4Т - 8.1788 х 10“6Г2 +
+1.3621 х 10~7Т3 - 6.1185 х Ю-10Г4)Р +
+(3.1260 х 10'5 - 1.7107 х 10“6Т + 2.5974 х 10"8Г2 --2.5335 х 10-10Г3 + 1.0405 х 10~12Г4)Р'2 +
+ (-9.7729 х 10~9 + 3.8504 х Ю~10Г --2.3643 х 10-12Г2)Р3 +
+ (1.389 - 1.262 х 10“2Г + 7.164 х 10'5Г2 +
+2.006 х 10“6Т3 - 3.21 х 10~8Т4 + А)5 +
+ (-1.922 х 10~2 - 4.42 х 10~5Г + Р)53/2 +
+ (1.727 х 10"3 + В)Б
(1.35)
где С - скорость звука в метрах в секунду. Р - давление в барах, Т -температура воды в градусах Цельсия и Б - соленость воды в граммах на литр, параметры А. В и Б составляют, соответственно:
А = (9.4742 х 10“5 - 1.2580 х 10~5Т - 6.4885 х 10~8Т2 +
+1.0507 х 10~8Т3 -2.0122 х 10~10Г4)Р +
+(-3.9064 х 10~7 + 9.1041 х 10“9Т - 1.6002 х Ю~10Г2 + +7.988 х 10“12Т3)Р2 +
+(1.100 х Ю-10 +6.649 х 10~12Г - 3.389 х 10"13Г2)Р3 В = (7.3637 х 10~5 + 1.7945 х Ю“Т)Р
В = -7.9836 х 10~6Р
(1.36)
Более подробно эта формула и методы измерения скорости звука в природных водоемах будут обсуждаться в разделе 2.
По данным М.Н.Шимараева [21] на горизонте 20 м, где находились акустические излучатель и приемник, температура в районе постановки