Развитие широких атмосферных ливней и массовый состав первичного космического излучения в интервале энергий 1017-1019 эВ

• Автор: Кнуренко, Станислав Петрович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Якутск
• Количество страниц: 153 с. : ил

Глава 1. Якутская комплексная установка ШАЛ и измерение излучения Вавилова - Черенкова образованного частицами ливня в атмосфере

1.1. Этапы модернизации и основные параметры установки

1.1.1. Детекторы для измерения черенковского света ШАЛ

1.1.2. Сбор и обработка информации

1.2. Полное математическое моделирование измерений на установке

1.2.1. Процедура моделирования

1.2.2. Систематические и случайные ошибки измерений параметров

1.2.3. Распределения параметров ШАЛ

1.3. Оптические условия измерений черенковского света ШАЛ

Глава 2. Измерение характеристик черенковского света ШАЛ

2.1. Периоды наблюдений и статистика накопленного материала
2.2. Плотность потока черенковского света ШАЛ на фиксированном расстоянии от оси ливня (классификационный параметр)
2.2.1. Связь классификационного параметра с энергией первичной частицы
2.2.2. Корреляция между полным числом частиц в ливне и классификационным параметром
2.3. Средняя функция пространственного распределения черенковского света (ФПРЧС) ШАЛ
2.3.1. Критерий отбора ливневых событий
2.3.2. Классификация ливневых событий
2.3.3. Методика построения ФПРЧС
2.3.4. Аппроксимация ФПРЧС
2.4. Флуктуации ФПРЧС и плотности потока черенковского света на разных
расстояниях от оси ливня
2.5. Полный поток черенковского света ШАЛ
2.6. Угловое распределение частиц в ливне
Глава 3. Каскадная кривая продольного развития ШАЛ по данным
измерений их черенковского света
3.1. Чувствительность формы ФПРЧС к каскадной кривой развития ШАЛ
3.1.1. Формирование ФПРЧС
3.1.2. Связь ФПРЧС и глубины максимума развития ШАЛ
3.2. Пробег поглощения частиц в ливне
3.3. Точность определения глубины максимума ливня
3.4. Скорость смещения глубины максимума ливня в зависимости от энергии первичной частицы
Глава 4. Обсуждение результатов относительно развития ШАЛ и
массового состава частиц первичного космического излучения
4.1. Модели адронных взаимодействий на основе КХД для описания развития ШАЛ сверхвысоких энергий
4.2. Расчеты развития ШАЛ по различным моделям и для разного массового состава ПКИ
4.3. Сравнение результатов измерений и расчетов по продольному развитию ШАЛ
4.3.1. Форма каскадной кривой развития ШАЛ
4.3.2. Глубина максимума развития ШАЛ и ее флуктуации
4.4.Оценка массового состава ПКИ в рамках КГС - модели развития ШАЛ
4.4.1. Зависимость глубины максимума развития ШАЛ от энергии первичной частицы для разного массового состава ПКИ
4.4.2. Флуктуации глубины максимума развития ШАЛ и состав ПКИ ... 132 Залючение
Литература

Актуальность темы:
Исследование продольного развития широких атмосферных ливней (ШАЛ) и массового состава первичных космических лучей относится к фундаментальным проблемам физики космических лучей предельных энергий (Е0> Ю17 эВ). Во - первых, знание взаимодействия первичных ядер с ядрами атомов воздуха при энергиях сталкивающихся частиц более 5 ТэВ в системе центра масс не известно и экстраполяция ускорительных данных на эту область энергий может быть не совсем оправданной. Во - вторых, знание массового состава первичных частиц очень важно для выяснения происхождения космических лучей и их распространения в межзвездном пространстве.

Исследование первичного космического излучения с энергией выше 10 эВ возможно только методом изучения широких атмосферных ливней (ШАЛ). Наиболее перспективным в этом плане является изучение продольного развития ШАЛ, т.к. оно чувствительно к параметрам модели взаимодействия адронов с атомными ядрами воздуха и массового состава первичных частиц космического излучения. При этом без знания модели развития ливня в атмосфере практически не возможно заниматься проблемой исследования массового состава первичных космических лучей. Оба вопроса тесно связаны, поэтому изучение продольного развития и массового состава ПКИ на установках ШАЛ ведутся одновременно. Для этих целей лучше использовать комплексный подход, когда на уровне наблюдения измеряется одновременно электроны, мюоны, адроны, черенковское и ионизационное излучения.
Вопросу изучения продольного развития ШАЛ космических лучей сверхвысоких и предельных энергий всегда уделялось большое внимание. Интенсивными исследованиями космического излучения в конце 50-х годов было установлено, что на развитие ШАЛ оказывают влияние флуктуации точки первого взаимодействия, передача энергии лидирующей частицы вторичным частицам, сечение неупругого взаимодействия. Флуктуации

17. 1988 - 1989 25560 — 11 — -II- 3003
18. 1989- 1990 26377 ... 11... -II- 3064
19. 1990- 1991 29688 ... | | ... ... 11... 3513
20. 1991 - 1992 22685 ... 11... ... 1 1 ... 2646
21. 1992 - 1993 25996 ... | | ... -II- 2989
22. 1993 - 1994 28620 50 ... 1 1 ... 5724
23. 1994- 1995 26841 “II- 5278
24. 1995 - 1996 19164 ... 11... ... 11... 3833
25. 1996- 1997 22563 ... 11... ... 11... 4362
26. 1997 - 1998 26586 33 5,3-106 3988
27. 1998 - 1999 28457 — 11 — — 11 - 4505
28. 1999 - 2000 29683 ... 1 1 — ... 11... 4650
29. 2000 - 2001 28607 — 11 — ... 11... 4434
30. 2001 - 2002 26771 ... 1 1 — -II- 4317
31. 2002 - 2003 20411 ... 1 1 — ... 11... 3304
Из табл.2.1 видно, что число черенковских детекторов на установке постепенно увеличивалось и только в последнее время сократилось. Основная причина - это физическое старение оборудования и отсутствие запасных частей.
На Якутской установке ШАЛ сезон оптических наблюдений приходится на осень, зиму и весну. В эти периоды нередки резкие перепады температуры, давления. Имеет место перераспределение плотности вещества в атмосфере и инверсия температуры, т.е. практически изменяется модель атмосферы (см. раздел 1.4). Все это требует проведения атмосферного мониторинга. Во многом по этой причине время наблюдения черенковского излучения в разные годы изменяется.
Например, в сезон 1998 4- 1999 гг было проведено 7 сеансов наблюдений черенковского излучения ШАЛ. Каждый сеанс в среднем длился 10 ночей. Общее время наблюдений составило 474 часа. Длительность наблюдений была