Установка для регистрации космических лучей сверхвысоких энергий методом широких атмосферных ливней

• Автор: Колосов, Валерий Афанасьевич
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Якутск
• Количество страниц: 228 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА РАЗВИТИЯ ШАЛ (ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕОР- '

1Л. Одномерный электромагнитный каскад

1.2. Яд ’’й каскад

1.3 ПОП: ГНОЕ РАЗВИТИЕ ШАЛ. МіООННАЯ И ЭЛЕКТРОННАЯ КОМПОНЕНТЫ

1 АСРАВНДЯИЕ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ТЕОРИИ С ИЗВЕСТНЫМИ РЕЗУЛЬТАТАМИ

2. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К УСТАНОВКЕ

2.1. Оптимизация размещения детекторов на установке

2.2. Требование к детекторам установки

2.3.Требования к временным измерениям на установке
3. ЯКУТСКАЯ КОМПЛЕКСНАЯ УСТАНОВКА ШИРОКИХ АТМОСФЕРНЫХ ЛИВНЕЙ
3 ’ ' ''ЧЕНИЕ УСТАНОВКИ
НЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТАНОВКИ
3.3 ДЬЫ ЭРЫ УСТАНОВКИ
3.3.1. Пластмассовый щинтилляционный счётчик
3.3.2. Приемник атмосферного черепковского света ШАЛ
3.4 Электроника станции наблюдения
' / Амплитудные измерения плотности заряженных частиц
о.. Измерение времени прихода заряженных настиг/ на станции
3.5.. іектроника центрального регистратора
3.5.2. зтоматизированная система сбора, обработки и накопления информации (АССОНИ)
3.6. Система контроля за работой установки
4. МОДЕРНИЗАЦИЯ ЯКУТСКОЙ УСТАНОВКИ ШАЛ
4.1. Модернизация детекторов
4.1.1. Разработка технических условий и внедрение сщштилляторов на основе полгшетнлметакрилата
4.1.2. Приёмники черепковского света второй очереди установки
4.2. Модернизация временного канала установки
4.3. Модернизация электроники станций наблюдения
4.4. МОДЕГЧИЗАЦИЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГИСТРАТОРА И ОПЫТНО -
ЭКСПЕРИБ ТТАЛЬНЫЕ РАЗРАБОТКИ
5. АНАЛО ЯКУТСКОЙ УСТАНОВКИ ШАЛ
5.1 .Зарубежные установки ШАЛ
5.2. Установки ШАЛ нового поколения
6. ПРОВЕДЕНИЕ НАБЛЮДЕНИЙ И ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
6.1. Наблюдение электронно-фотонной компоненты ШАЛ
6.1.1. Измерение пространственного распределения заряженных частиц
6.1.2. Гигантский ливень «Ариан»
6.2. Регистрация атмосферного черенковского света от ШАЛ
6.2.1. Доля энергии ,рассеянной в атмосфере над уровнем
наблюдения
6.2.2. Спектр ШАЛ по параметру £2т
6.3. Регистрация мюонной и адронной компонент ШАЛ
6.4. Астрофизические характеристики первичного космического излучения сверхвысоких энергий
6.4.1 Спектр космических лучей сверхвысоких энергий
6.4.2. Анизотропия космических лучей сверхвысоких энергий.
6.4.3. Ядерный состав первичных частиц
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение
Эта работа обобщает опыт создания и длительной эксплуатации Якутской комплексной установки широких атмосферных ливней (ЯКУШАЛ), её последовательного развития и модернизации. Создание установки было инициировано целью решения ряда проблем в области космических лучей сверхвысоких энергий.
В 1965 году А. А. Пензиасом и Р.Б Вильсоном было открыто фоновое изотропное реликтовое радиоизлучение Вселенной [1]. Интенсивность этого радиоизлучения описывается законом Планка для абсолютно чёрного тела при температуре ~ 2.7° К с максимумом на длине волны А = 0.1см с энергией фотона /гу = 1.24-10'3э5, что соответствует плотности фотонов прЬ ~ 400 см~3 в любой точке видимого
пространства. В работах Зацепина Г.Т, Кузьмина В. А. [2] и Грейзена [3] было обращено внимание на возможность взаимодействия элементарных частиц, у которых энергия выше 1019эВ, с фотонами этого реликтового излучения. Для этих частиц фотоны реликтового радиоизлучения обладают энергией, достаточной для фоторождения пионов и, следовательно, должны обладать сильным "тормозящим" ффектом. Как следует из расчётов в [2, 3], указанное взаимодействие должно "обрезать" спектр космических лучей при энергиях выше 1019эВ, если частицы таких энергий приходят из Метагалактики. Проверка этого теоретического заключения требовала создания специальней экспериментальной базы.
Решение о создании такой установки в Якутске было принято в Москве 22 ноября 1965 года Научным Советом по проблеме "космические лучи". В октябре 1966 года этот Совет рекомендовал форсировать первую очередь Якутской установки ШАП и нацелить её на регистрацию ШАЛ с энергией первичных частиц выше 1018эВ для поиска возможного “реликтового обрезания“ спектра космических лучей

р{г)= А Ро (4 (51)
найдём величину амплитуды из интеграла

N = |/?(г) І7Г г сіг, (52)

который равен А^г.з-ю8, как было показано расчётом.
Подсчёт интеграла даёт для Е0 =ю|8эл
А = 1.4-103лГ2. (53)
Эта величина представляет плотность частиц на мольеровском радиусе. На характерном расстоянии 200м от оси ливня плотность составляет 0.045 от этой величины, как это видно из таблицы №2.1. Следовательно, имеем для Е0 = ю18 эВ на расстоянии 200м
р2т = 60 частиц / м (54)
на расстоянии 600м
Рь оо = 0-9 частиц / л<2 (55)
Для обеспечения приемлемой точности измерения в этом диапазоне расстояний достаточно иметь детектор общей площади 4м2. Это обеспечивает статистическую точность порядка 6% на расстоянии 200м и около 50% на дальних расстояниях.
2.2. Требование к детекторам установки.
Исходя из известного факта, что количество ливней,
образованных космическими лучами сверхвысоких энергий,
характеризуются крайне низкой интенсивностью Якутская комплексная установка ШАЛ проектировалась на непрерывную работу в течение нескольких десятилетий. Поэтому к детекторам для регистрации заряженной компоненты и атмосферного черенковского света были предъявлены особые требования:
- надежная стабильная и долговременная работа. Эти
требования в свою очередь предусматривают: