Изучение энергетического спектра первичного космического излучения в области энергии 10\15-10\16 ЭВ

• Автор: Алимов, Тоирхон
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Самарканд
• Количество страниц: 124 c. : ил

I. Введение

П. Экспериментальная установка и ее характеристики.

§ 2.1. Описание установки

§ 2.2. Определение плотности потока заряженных частиц и

черенковского излучения

§ 2.3. Измерение прозрачности атмосферы

Ш. Феноменологические характеристики широких атмосферных ливней (Ш А Л).

§ 3.1. Основные величины

§ 3.2. Модельный расчет функции пространственного распределения черенковского излучения ШАЛ
§ 3.3. Методические результаты расчета функции пространственного распределения черенковского излучения и их анализ

1У. Математическая обработка экспериментальных данных.

§ 4.1. Определение индивидуальных параметров ливней
§ 4.2. Программа нахождения основных параметров ШАЛ и отбор событий
§ 4.3. Определение точности основных параметров ливня
§ 4.4. Эффективные площади регистрации ШАЛ
§ 4.5. Моделирование измерения спектра ШАЛ
У. Результаты эксперимента.
§ 5.1. Флуктуации числа частиц в ливнях с фиксированной
первичной энергией
§ 5.2. Коэффициент пересчета от числа электронов к первичной энергии
§ 5.3. Энергетический спектр первичного космического излучения в интервале энергий 10^ * ЗЛО1^ эВ
У1. Заключение
Приложение I
Приложение
Литература

I. ВВЕДЕНИЕ
Знание энергетического спектра первичного космического излучения имеет большое значение как для теории происхохщения космических лучей /I/, так и для анализа данных о его прохождении через атмосферу /2/.
Прямые измерения энергетического спектра первичного космического излучения доведены до эВ /3/. Информацию при более высоких энергиях в настоящее время может дать только изучение широких атмосферных ливней космических лучей (ШАЛ).
Наибольшее количество результатов было получено при исследовании спектров ливней по числу частиц. Первые исследования спектров по числу частиц на комплексной установке, позволяющей исследовать индивидуальные ливни, были выполнены на установке МГУ Г.Б,Христиан- ■ сеном и Г.В.Куликовым /4/. В работе /4/ было впервые показано существование излома в первичном энергетическом спектре при энергии
ЗЛО эВ. В дальнейшем этот результат был подтвержден во многих других работах, выполненных как на уровне моря, так и на высоте гор /5,6,7,8,9,10,11/. Наличие излома в указанной области энергии было подтверждено не только исследованиями спектров по числу частиц, но и исследованиями спектров по числу мюонов /8,10/, а также результатами исследования спектров плотностей черенковского излучения /II/.
Учитывая важность данного вопроса как с точки зрения астрофизики, так и с точки зрения ядернофизического аспекта физики космических лучей представляет интерес провести в области 10^°- Ю^эВ такие исследования энергетического спектра, которые позволили бы получить абсолютные значения потоков первичных космических лучей и, тем самым, способствовать дальнейшему уточнению наших сведений о спектре космических лучей в области излома. Возможность такого исследования связана с изучением черенковского излучения ШАЛ.

Дело в том, что полный поток черенковского излучения, приходящий на уровень наблюдения со всего пути ливня с незначительным затуханием, вблизи уровня моря практически однозначно связан с энергией первичной частицы и не зависит от модельных представлений о развитии ШАЛ /12,13/. Использование черенковского излучения для определения энергии первичной частицы, генерировавшей ШАЛ, позволило осуществить измерения спектра первичного космического излучения на установках ШАЛ /14,15,16/ в области энергий 10 - 10^ эВ.
В настоящей работе, выполненной на Самаркандской установке ШАЛ /17,18/, предпринята попытка провести абсолютные измерения спектра первичного космического излучения в районе излома. Установка СамГУ позволяет осуществить измерения функции пространственного распределения ( Ф П Р ) черенковского излучения ШАЛ в индивидуальных ливнях с энергией І015- 3.10^ эВ в диапазоне от 10 до 250 м от оси ШАЛ.
Для оценки энергии первичной частицы, генерировавшей ШАЛ, оказывается возможным использовать величину Окю - плотность черенковского излучения на расстоянии 100 м от оси ливня, которая практически однозначно и модельно независимо связана с первичной энергией и может быть использована вместо значения полного потока черенковского излучения.
Утверждение о модельной независимости величины 0 £00 основано на результатах расчетов ФЇЇР черенковского излучения в рамках различных предположений о характеристиках адронных взаимодействий. Эти предположения должны охватывать всю область энергий, существенных для расчета (от первичной энергии до энергии несколько ГэВ). Поскольку точные характеристики адронных взаимодействий в области сверхвысоких энергий, строго говоря, неизвестны, то, казалось бы, нельзя исключить возможность реализации такого варианта, который резко отличается от ранее рассмотренных и приводит к иным результатам. Однако такой скепсис был бы оправдан лишь до появления данных

§ 3.3. Методические результаты расчета функции пространственного распределения черен-ковского излучения и их анализ.
Как уже отмечалось выше,основной задачей расчета было отыскание расстояний от оси ливня, где плотность черенковского излучения отражала бы первичную энергию и была бы одинаковой для различных моделей развития ШАЛ. На рис.14 приведены результаты расчета ФПР черенковского излучения для различных энергий и моделей развития ливня. Эти расчёты выполнены для чисто протонного состава первичного излучения. Как видно из рисунка, форма пространственного распределения черенковского излучения слабо зависит от первичной энергии. С увеличением первичной энергии, т.е. с приближением глубины максимума ливня к уровню наблюдения, абсолютная интенсивность черенковского излучения растет и ФПР слабо укручается.
Из рисунка также видно, что плотность черенковского излучения на расстоянии 100 м от оси ливня 6?^оО не зависит от модели развития и приблизительно линейно меняется с первичной энергией. Зависимость между Одос) и можно аппроксимировать следующей функцией (см.рис.15)
1,01 + 0,03
°Рот
см2*э&
Зависимость (3.37) справедлива для всех рассмотренных моделей ; значения Qi0O » соответствующие различным моделям, приведены в таблице 3.2. Они очень близки между собой и на рис.15 сливаются.