Изучение мюонов космических лучей и нейтронов, генерированных ими под землей в детекторе LVD

• Автор: Агафонова, Наталья Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Оглавление
Введение

Глава 1 Детектор большого объема ЬТ)

1.1 Описание детектора

1.2 Сцинтилляционный счетчик ЦУГ)

1.2.1 Система регистрации и сбора данных

1.2.2 Энергетическое разрешение

1.2.3 Энергетическая калибровка

1.2.4 Временное разрешение

1.2.5 Эффективность регистрации нейтронов

Глава 2 Мюонные события в эксперименте ЬЛ)
2.1 Отбор мюонных событий
2.2 Реконструкция мюонного события
2.2.1 Реконструкция события
2.2.2 Проверка реконструированного события
2.2.3 Дополнительные характеристики обработки мюонных
событий
2.3 Анализ мюонных событий
2.3.1 Множественность мюонных групп
2.3.2 Кривая раздвижения
2.3.3 Угловая зависимость
Г лава 3 Определение зарядового состава атмосферных мюонов на

3.1 Зарядовый состав мюонов космических лучей
3.2 Метод определения зарядового состава мюонов
3.3 Отбор мюонных событий
3.4 Фон измерений
3.5 Результаты

Глава 4 Генерация нейтронов мюонами со средней энергией 280 ГэВ в
сцинтилляторе и железе
4.1 Определение Ycu И Ype по полному числу нейтронов,
генерируемых мюонами в установке LVD
4.2 Прямое определение генерации нейтронов в железе
4.3 Энергетический спектр нейтронов
4.3.1 Метод измерения энергетического спектра нейтронов
4.3.2 Отбор мюонных событий, содержащих нейтроны
4.3.3 Моделирование прохождения нейтронов через сцинтиллятор..
4.3.4 Учет квэнчинга
4.3.5 Моделирование прохождения мюонов в реальной геометрии
LVD с помощью пакета Geant
4.3.6 Результаты и обсуждения
4.4 Множественность нейтронов при поглощении отрицательного
мюона ядром Fe
4.4.1 Метод измерения
4.4.2 Величины, использованные в вычислениях
4.4.3 Ошибки определения множественности vc
Заключение
Список сокращений и обозначений
Список литературы
Список рисунков
Список публикаций автора по теме диссертации

Введение
Мюоны проходя через атмосферу и грунт [1] теряют свою энергию на ионизацию атомов среды, на излучение тормозных у-квантов, образование электрон-позитронных пар и глубоко-неупругое взаимодействие. Так как масса мюона много больше массы электрона, то потери энергии мюонов на тормозное излучение и рождение пар значительно меньше, чем потери энергии электронов. Эти факторы обусловливают высокую проникающую способность мюонов. Поэтому, рождаясь в верхних слоях атмосферы (~ 15 км), они проходят глубоко под землю, образуя фон в экспериментах по исследованию редких событий. Первые расчеты фона, создаваемого мюонами космических лучей под землей, были выполнены Г.Т. Зацепиным и О.Г. Ряжской в ФИАНе [2].
Данная работа является продолжением этих исследований, начатых в ФИАНе в 60-х годах под руководством Г.Т. Зацепина и А.Е. Чудакова и развитых в Отделе ЛВЭНА ИЛИ.
Подземные низкофоновые эксперименты в области низких энергий играют сегодня ключевую роль в исследованиях физики за рамками Стандартной модели. Такими экспериментами являются: изучение нейтринных осцилляций,
определение характеристик потока нейтрино от Солнца, поиск частиц темной материи и двойного безнейтринного ß-распада. Для продолжения и развития этих исследований в последние десятилетие были введены в строй подземные детекторы BOREXINO [3], KamLAND [4], GERDA [5], DAMA [6], LIBRA [7], ICARUS [8] и создаются установки следующего поколения LENA [9], Hyper-Kamiokande [10].
Все эти эксперименты нацелены на поиск крайне редких событий и поэтому требуют низкого фона и большой массы вещества мишени. Так как основным источником трудноустранимого фона являются мюоны космических лучей, детекторы размещаются в подземных помещениях. Для максимального подавления потока фонообразующих частиц, производимых мюонами, детекторы
2.2.2 Проверка реконструированного события События с одиночными мюонами и парами мюонов.
События этого вида должны удовлетворять следующим условиям:
- на траектории должно быть не менее трех точек пересечения мюоном трековой системы;
- сработавших сцинтилляционных счетчиков должно быть не менее 2 по траектории;
При реконструкции события используется соответствие распределений экспериментальных и расчетных энерговыделений в счетчиках, лежащих на реконструированной траектории мюона. Для оценки правильности восстановления события вводится величина С,, характеризующая отклонение расчетного распределения от экспериментального. Каждое восстановленное событие (одномюонное или «широкая» мюонная пара) характеризуется параметром который представляет собой усредненное по счетчикам суммарное отклонение расчетных энерговыделений от измеренных:
£=2л|£ехр “ £са1к|/11 >> гДе ^ = £1хр/5л £саЬ
£ехр - экспериментальное энерговыделенне в каждом I -том сработавшем счетчике.
Расчетное энерговыделение определялось по формуле:
£'Са1=[ бЕц/бхфх-р,
где [б£и/бх] = 2.4 МэВ/г/см2- средние потери мюона;
х (см) - расстояние, пройденное мюоном в сцинтилляционном счетчике; р =
0.78(г/см3) - средняя плотность сцинтиллятора.
Так как Есхр имеет большой разброс из-за флуктуаций и аппаратных погрешностей, а Еа вычисляется как средние потери на определенной длине трека в счетчике, для минимизации величины С, принимается ££хр = 200 МэВ, если измеренное энерговыделение превышает 200 МэВ. Это вызывает необходимость ввести в выражение для С, коэффициент к, при определении которого полагается £ёхР= 0. есл» £ёа1 = °-