Установка для регистрации нейтронной компоненты ШАЛ

• Автор: Громушкин, Дмитрий Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Содержание:
Введение

Гпава 1. Детектор нейтронов (эн-детектор)

1.1. Эн-детектор

1.1.1. Сцинтиллятор ZnS(Ag)+6LiF

1.2.1. Первые образцы детектора

1.2.2. Выбор корпуса эн-детектора

1.2.3. Основные элементы эн-детектора

1.2.4. Описание эн-детектора

1.2. Тестирование эн-детектора

1.2.1 Методика отбора нейтронов

1.2.2 Стенд для тестирования и калибровки эн-детекторов
1.2.4 Эффективность отбора нейтронов с использованием методики отбора по форме импульса
1.2.5. Оценка эффективности регистрации тепловых нейтронов сцинтиллятором ZnS(Ag)+6LiF
1.2.5. Тестирование и подбор усиления эн-детектора
1.2.6 Диапазон линейности ФЭУ
1.2.7 Тестирование эн-детектора на координатно-трековом детекторе
1.3. Выводы к Главе
Гпава 2. Установка ПРИЗМА-
2.1 Опытный образец установки для регистрации нейтронной компоненты ШАЛ
2.1.1. Схема и принцип работы
2.1.2. Результаты регистрации нейтронов в ШАЛ, полученные на опытном образце установки
2.2 Электроника установки для регистрации ШАЛ
2.2.1 АЦП
2.2.2 Дискриминатор-интегратор-усилитель (ДИУ)
2.2.3. Предусилитель 7d
2.2.4. Схема совпадений, отбор событий
2.2.5. Создание единой триггерной системы НЕВОД и установки ПРИЗМА-
2.3. Схема установки и подключение
2.3.1. Изучение влияния водного бассейна на концентрацию тепловых нейтронов
2.3.2. Схема расположения эн-детекторов
2.3.3. Схема подключения эн-детекторов
2.3.4. Пункт сбора информации
2.4 On-line программы
2.4.1. Методика регистрации нейтронной компоненты ШАЛ
2.4.2. On-line программа для регистрации электромагнитной и нейтронной компоненты ШАЛ
2.4.3. База данных
2.4.4. Программа on-line_EAS_7d
2.5 Обеспечение непрерывной работы
2.5.1 Стабилизация напряжения
2.5.5. Контроль за работой установки
2.6 Пример регистрации события ШАП
2.7. Выводы к Главе

Глава 3. Исследование фона тепловых нейтронов
3.1. Влияние метеопараметров на поток тепловых нейтронов вблизи поверхности Земли
3.1.1. Установка для изучения фонового потока тепловых нейтронов “Нейтрон”.
3.1.2. Влияние давления на темп счета тепловых нейтронов
3.1.3. Влияние температуры на темп счета тепловых нейтронов
3.1.4. Влияние снега на темп счета нейтронов
3.2. Темп счета тепловых нейтронов на разных высотах
3.3. Выводы к Главе
Глава 4 Исследование нейтронов ШАЛ
4.1 Подготовка данных
4.1.1 Проведение экспериментальной серии
4.1.2 Объединение экспериментальных данных двух кластеров
4.2 Сопоставление экспериментальных данных ПРИЗМА-32 с данными установок экспериментального комплекса НЕВОД: СКТ-ЧДВ
4.3. Определение числа заряженных частиц в эн-детекторе
4.4. Обработка данных установки
4.4.1. Корреляция между энерговыделением и числом зарегистрированных нейтронов .
4.4.2. Зависимость среднего числа зарегистрированных нейтронов в событии от числа сработавших детекторов
4.4.3. Временные распределения регистрации нейтронов ШАЛ
4.5. Примеры регистрации событий с наибольшим энерговыделением от прохождения ШАЛ как по электромагнитной, так и нейтронной компонентам
4.6. Выводы к Главе
Заключение
Список литературы

Введение
Изучение энергетического спектра космических лучей высоких и сверхвысоких энергий на сегодняшний день является весьма важной задачей. Множество рабочих групп и коллабораций работало и работают над данным вопросом. Несмотря на многолетние исследования до сих пор не решена проблема так называемого «излома» в спектре космических лучей.
Существует два метода исследования энергетического спектра и состава космических лучей: “прямой”, в котором измеряется энергия и заряд первичных частиц за пределами атмосферы при помощи космических аппаратов или высотных аэростатов, и “косвенный” - регистрация ливней вторичных частиц, образующихся при вхождении в атмосферу первичных частиц благодаря многочисленным ядерным и электромагнитным взаимодействиям вторичных частиц ливня с ядрами и электронами атомов атмосферы.
Из проведенных прямых экспериментов получено, что интенсивность КЛ резко падает с ростом энергии по закону I (>Е) ~ Е"1,7 до энергии Е ~ 1015 эВ, а измеренный энергетический спектр ШАЛ (широких атмосферных ливней) имеет характерный излом в области энергий ~ 3x1015 эВ и дальше изменяется по закону I (> Е) ~ Е'2'1. Излом энергетического спектра ШАЛ с ~ Е'1,7 на ~ Е'2,1 получил название «колено» и наблюдается в разных компонентах ШАЛ. На сегодняшний день создано множество моделей физической интерпретации «колена». Все существующие модели можно условно разделить на три группы: «ядерно-физические»,
«астрофизические» и «феноменологические», но ни одна из них не описывает всю совокупность имеющихся экспериментальных данных.
Возможности провести прямое изучение ПКЛ за пределами атмосферы в интересующем диапазоне энергий (1015—1016 эВ) у исследователей не было, и пока нет - слишком дорого и методически трудно из-за очень низкой интенсивности космических лучей при этих энергиях. Поэтому поиск решения последние 60 лет происходит на наземных установках для исследования ШАЛ. Создано множество установок, направленных на

1.2.5. Тестирование и подбор усиления эн-детектора
Перед подключением эн-детекторов в установку проводилось тестирование каждого эн-детектора, в ходе которого проверялся темновой ток ФЭУ, подбирался коэффициент усиления ФЭУ и набирался спектр от тепловых нейтронов.
В процессе разработки метода тестирования эн-детектора было опробовано несколько вариантов методик:
> По положению максимума от спектра зарегистрированных тепловых нейтронов. Главным недостатком этого метода является долгий набор информации (для обеспечения хорошей статистики требуется набрать не менее одного часа для каждого значения усиления).
> По темпу счета тепловых нейтронов в зависимости от порога. Недостатком данного метода является зависимость от метеофакторов (давление, влажность, температура) и расположения детектора.
> По току с интегрированного выхода с анода ФЭУ с использованием радиоактивного бета-источника. В эн-детектор устанавливается слабый источник (стронций-90), помещенный в пластиковый брусок сцинтиллятора размерами 5*5*10 см3. Следует отметить, что практически все излучение от источника поглощается в пластике. Электроны, испускаемые источником, дают постоянное свечение, которое регистрируется ФЭУ. С помощью микроамперметра снимаются показания с анода ФЭУ, которые приводятся к единому значению для всех детекторов (3 мкА). Данный метод подбора усиления лишен недостатков предыдущих методов, таких как зависимость от метеофакторов (давление, влажность, температура) и от места проведения измерений. Помимо этого, калибровка одного детектора занимает от 5 до 10 минут. Недостатком является чувствительность к темновому току ФЭУ.
Данные методы калибровки использовались на разных этапах создания установки. Наиболее удобным и используемым в настоящее время является метод с использованием источника стронций-90. Пример результата выравнивания усиления и тестирования четырех эн-детекторов представлен на рисунке 1.25 в виде набранного спектра тепловых нейтронов. Как видно, благодаря разработанным методикам, спектр нейтронов выглядит однотипно с одинаковым положением максимумов.