Энергетические спектры протонов и ядер гелия в диапазоне энергий 1011-1013 эВ в околоземном космическом пространстве

• Автор: Карелин, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Содержание:

1. Введение и постановка задачи

1.1. Протоны и ядра гелия в космических лучах

1.2 Общая характеристика диссертационной работы

2. Исследование протонов и ядер гелия космических лучей в спутниковых и

аэростатных экспериментах с помощью калориметров

2.1. Измерение энергии адронов с помощью калориметров

2.2. Эксперимент CREAM

2.3. Эксперимент ATIC

2.4. Эксперимент JACEE

2.5. Эксперимент AMS

2.6. Эксперимент FERMI
2.7. Эксперименты М. Дж. Райана и Н. JI. Григорова
2.8. Заключение к главе
3. Эксперимент ПАМЕЛА
3.1. Научные цели эксперимента ПАМЕЛА
3.2. Описание детекторов и систем спектрометра ПАМЕЛА
3.3. Технические характеристики спектрометра
4. Методика восстановления спектра протонов космических лучей
4.1. Отбор высокоэнергичных событий
4.2. Предварительный отбор событий. Минимизация утечек энергии
4.3. Отбор апертурных событий. Восстановление оси ливня
4.4. Отбор однозарядных частиц
4.5. Режекция электронов
4.6. Эффективность отборов
4.7. Восстановление спектра протонов
5. Методика восстановления спектра ядер гелия космических лучей
6. Результаты определения потоков протонов и ядер гелия
6.1. Проверка временной зависимости интегрального потока
6.2. Результаты восстановления спектров протонов и ядер гелия
6.3. Сравнение с данными других экспериментов
6.4. Сравнение с данными магнитного спектрометра
6.5. Интерпретация полученных результатов
7. Заключение
Литература
8. Приложения
Приложение 1. Список публикаций по теме диссертации

1. Введение и постановка задачи
1.1. Протоны и ядра гелия в космических лучах
Протоны и ядра гелия являются наиболее существенной в количественном отношении частью космических лучей, обеспечивая эксперименты большей статистикой по сравнению с другими компонентами космического излучения [1]. Так как протоны и ядра гелия - это два наиболее распространенных компонента в космическом, излучении; их измерение в области высоких энергий позволяет получить важную информацию для понимания процессов генерации и ускорения частиц до релятивистских энергий.
Много лет считалось, что взрывов сверхновых достаточно для объяснения ускорения всех галактических космических лучей до наблюдаемых энергий. Возможный уход частиц из нашей Галактики хорошо объясняет более крутой энергетический (^-энергия) спектр ~ К2'6 частиц по сравнению с теоретически предсказанным спектром в области источников ~Е 20. Впоследствии были предложены и другие ускорительные механизмы для объяснения экспериментальных данных в районе 1 - 107 ГэВ [2]. В конце фазы ускорения частицы инжектируются в межзвездное пространство, диффундируя в турбулентных магнитных полях в Галактике. Эти поля изменяют первоначальное направление заряженных частиц, делая излучение изотропным [3].
Возможно, существуют некие дополнительные источники кроме Сверхновых, которые ответственны за различия в спектрах протонов и ядер гелия и влияют на их форму, причем, вероятно, за ускорение протонов и ядер гелия ответственны различные процессы. Некоторые из этих источников могут иметь локальную природу и эффективно ускорять космические лучи только до энергий порядка сотен ГэВ, выше которых в спектрах доминируют другие источники, такие как сверхновые [4]. Возможно существование одного локального источника, ответственного за спектры высоких энергий [5].
Кроме того, в космофизических экспериментах на ИСЗ и аэростатах применяются, как правило, калориметры дискретного типа. Несомненно, что в однородных калориметрах энергетическое разрешение лучше, чем в дискретных, где энергия измеряется только в активных слоях. Однако, бесспорно, у дискретных калориметров есть преимущества, которые заключаются в следующем:
1. Лучшее пространственное разрешение (они сегментированы как в продольном, так и в поперечном направлении).
2. Достаточная для энергетических измерений толщина калориметра, при относительно небольших линейных размерах, а, следовательно, меньшей массе. Последнее достигается, за счет выбора рассеивателя с большими величинами зарядового числа.
Выше были рассмотрены различные методы определения энергии протонов и ядер гелия с помощью различных типов калориметров, используемых в экспериментах по исследованию состава и энергетического спектра космических лучей на аэростатах и спутниках.
Из числа рассмотренных в обзоре методов, наиболее простым и эффективным, а следовательно, и наиболее часто употребляемым в экспериментах, является метод восстановления энергии по измеренной величине полного энерговыделения в калориметре. Этот метод подходит как для адронов, так и для электронов. Величина энергетического разрешения, в случае измерения данным методом энергии адронов «тонким» калориметром, получается не лучше 30%. Однако с ростом первичной энергии частиц, в зависимости от толщины калориметра, энергетическое разрешение начинает ухудшаться. Это связано с утечками энергии из калориметра. В таком случае применяются дополнительные методы, такие, как метод коррекции утечек по величине энерговыделения в последнем слое калориметра. Метод, основанный на измерении только величины полного энерговыделения в калориметре, требует привлечения данных калибровок на ускорителе или моделирования.