Исследование состава космических лучей в области энергий 0.1 - 10 ПэВ комбинированным методом регистрации ШАЛ и гамма-семейств

• Автор: Шаулов, Сергей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 244 с. : ил.

1 Краткий обзор данных о составе первичного космического излучения, спектрах его компонент и нарушении скейлинга
1.1 Прямые измерения энергетических спектров ядер и состава космических лучей
1.2 Спектр ШАЛ и “колено”
1.2.1 Форма излома спектра ШАЛ
1.2.2 Зависимость интенсивности ШАЛ в области излома от глубины в
атмосфере
1.2.3 Зависимость числа электронов ШАЛ в области излома от глубины в атмосфере
1.2.4 Состав КЛ в области излома спектра ШАЛ
1.2.5 Теоретические модели излома в спектре ШАЛ
1.3 Нарушение скейлинга
1.4 Краткие выводы
2 Описание установки “Адрон”
2.1 Требования к структуре установки и режиму ее эксплуатации
2.2 Схема установки, система регистрации и программные средства
2.3 Толчковая установка (ТУ)
2.4 Ливневая подсистема сцинтилляционных детекторов (СЦ)
2.5 Хронотрон
2.6 Годоскоп счетчиков Гейгера-Мюллера
2.6.1 Мюонный годоскоп
2.6.2 Система наземных годоскопов
2.6.3 Ложные срабатывания годоскопов
2.7 Регистрация Черенковг.кого излучения ШАЛ
2.8 Отбор событий
2.9 Запись данных
2.9.1 Первичный банк данных
2.9.2 Вычисление параметров ливня
2.10 Рентген-эмульсионная камера и система обработки
2.10.1 Конструкция РЭК и режим эксплуатации
2.10.2 Проявка пленки
2.10.3 Определение углов в РЭК
2.10.4 Фотометрирование каскадов
2.10.5 Общая схема измерений в РЭК
2.11 Статистический метод сопоставления событий в РЭК с ШАЛ и объединенный банк данных
2.11.1 Формулировка задачи

2.11.2 Критерий Неймана-Пирсона
2.11.3 Критерий сопоставления событий в РЭК с ШАЛ
2.11.4 Сопоставление событий и оценка фона
2.11.5 Учет фона и нормировка спектров
2.11.6 Сводка процедур при отборе и сопоставлении событий
3 Поглощение электронно-фотонной компоненты и 7—семейств в атмосфере
3.1 Формулы для определения длины поглощения
3.2 Оценка длины поглощения по угловым распределениям
3.2.1 Электронно-фотонная компонента и 7—семейства
3.2.2 Адроны
3.3 Энергетические спектры
3.3.1 Спектры Еу для 7—семейств и электронно-фотонной компоненты
3.3.2 Спектры Ей7 для 7—семейств
3.3.3 Спектры адронов
3.4 Оценка длины поглощения по разновысотным измерениям интенсивности на
уровнях Памира и Тянь-Шаня
3.4.1 Одиночные 7—кванты
3.4.2 Электронно-фотонная компонента с Е^ > 5 ТэВ
3.4.3 Семейства 7—квантов с ИЕУ > 100 ТэВ
3.4.4 Адронная компонента с > 5 ТэВ
3.5 Кривая поглощения в атмосфере
3.6 Краткие выводы
4 Ливневые характеристики ШАЛ и комбинированных событий
4.1 Методы оценки параметра возраста ШАЛ в и полного числа электронов АГе
4.2 Излом в спектре А1е и изменение характеристик ШАЛ при Аг,- > 3 • 10®
4.3 Пики в дифференциальных спектрах Д. для ШАЛ с 7—семействами
4.3.1 Статистические флуктуации
4.3.2 Разрешающая способность метода при определении АГе и Ео
4.3.3 Величина искажений в А7е
4.3.4 Возможность локальной дискриминации числа событий в процессе сопоставления
4.4 Парциальные спектры А7е и распределения в для комбинированных событий
4.5 Спектр АС для событий с гало
4.6 Эффективность генерации 7— и адронных семейств
4.7 Спектры Аг(1 для ШАЛ и комбинированных событий
4.8 Зависимость среднего числа мюонов < Дм > от Де для комбинированных
событий и ШАЛ
4.8.1 Функции пространственного распределения мюонов
4.8.2 Насыщение в пунктах мюонного годоскопа
4.9 Краткие выводы
5 Характеристики гамма-семейств в комбинированных событиях
5.1 Энергетические спектры Еу для комбинированных событий
5.2 Эффект лидирования в спектрах х = Е^/Ео для 7-квантов и его связь с образованием гало
5.3 Зависимость энергии гамма-семейств < Ей7 > от Ые
5.4 Зависимость < й > и < ЕЙ > от ЕК7дА^е
5.5 Характеристики адронных событий комбинированного типа

5.5.1 Спектры El для адронов
5.5.2 Зависимость Еот Ne
5.6 Краткие выводы
6 Состав КЛ в области энергий 0.1-10 ПэВ и астрофизическая модель “колена” в спектре КЛ
6.1 Экспериментальные основания модели состава КЛ
6.2 Астрофизическая интерпретация данных
6.3 Модель взаимодействия
6.4 Феноменологическая модель “колена” в спектре ШАЛ
6.4.1 Формулировка модели
6.4.2 Выбор параметров модели
6.4.3 Спектры ШАЛ с 7—семействами
6.4.4 Формулы для спектра КЛ
6.5 Краткие выводы
7 Выводы, представленные к защите
Заключение
1 Методические искажения при измерении углов в РЭК
2 Определение основных характеристик ШАЛ
3 Список публикаций по теме диссертации

Для увеличения площади светосбора в детекторах применялись конусные отражатели с зеркальной поверхностью.
2.8 Отбор событий.
В установке “Адрон” использовалась многоцелевая система отбора событий. При этом, мастер-импульсы делились на основные и дополнительные. Основные мастер-импульсы отличались тем, что при выполнении заложенных в них условий, сигнал сразу поступал на ЭВМ, где вырабатывался общий мастер для установки. Дополнительные мастер-импульсы служили для предварительной буферизации информации в наиболее быстрых подсистемах и требовали подтверждения одного из основных мастеров. На рис. 2.13 приведена блок-схема управляющей электроники для выработки общего мастер-импульса.
Основной целью эксперимента “Адрон” было сопоставление событий в РЭК с ШАЛ. Для сопоставления в рентген-эмульсионной камере отбирались гамма и адронные семейства, включая одиночные каскады, с ЕЕ7 > 10 ТэВ и Е> 10 ТэВ. В соответствии с этим, в толчковой установке для каждого канала устанавливалось пороговое условие, при превышении которого вырабатывался общий мастер, вне зависимости от показаний других подсистем.
Ширина ионизационного камеры составляла 25 см. Отбор каскадов на рентгеновской пленке осуществлялся в круге радиусом 15 см. Это означает, что в камере с максимальным толчком должно оказаться не менее половины частиц создающих каскады в РЭК. Учитывая наличие зазоров в ТУ, физические флуктуации в каскадах и переходный эффект свинец-медь, энергетический порог выбирался в 3-4 раза ниже чем для РЭК. Реальный порог был ниже примерно в 10 раз, т.к. пороговый код, выбираемый в интервале Ппо-р = 35 — 45, соответствовал интегральному потоку частиц через всю ионизационную камеру площадью 2.25 м2.
При создании банка сопоставленных событий отбирались ШАЛ с величиной максимального толчка > 55 кода, поэтому мастер не мог ограничивать сопоставление. Пороговые коды отличались для разных рядов ТУ и составляли пор = 45, п2пор = 42, пор = 37, и п = 35. Нумерация рядов указана сверху вниз.
Конструкционно каждый из четырех рядов ТУ имел свою мастерную систему отбора канала с максимальным импульсом. Отбор происходил в два этапа. Все каналы ряда разбивались на 6 групп по 12 каналов. На первом этапе выбирался канал с максимальным импульсом в каждой группе, затем из 6 импульсов выбирался максимальный для ряда. Этот сигнал поступал на дискриминатор. При превышении порога, в ЭВМ формировался общий мастер установки. При анализе материала следует учитывать, что мастер ТУ самый медленный, а подавляющее большинство событий сопровождается ШАЛ, вырабатывающими также СЦ-мастер, который может опережать толчковый на ~ 18 мкеек.
Кроме поканальных мастеров в ТУ, начиная с 1987 г., использовались мастер-импульсы, суммирующие сигналы в каждом ряду. Такие мастер-импульсы отбирают события по полной энергии в электронно-фотонной и адронной компонентах ШАЛ. Если поканальный мастер ТУ производит, грубо говоря, отбор молодых ливней с большим энерговыделением в стволе ШАЛ, то суммарные мастер-импульсы дают возможность отбирать события по полному энерговыделению в электронно-фотонную и адронную компоненты ШАЛ. Выраженные в суммарном числе частиц пороги составляли = 105, АГ| — 105, ЛГ| -- 4 х 105 и АТ* - 2.5 х 105.
Для отбора событий по использовался ливневой мастер СЦ-системы, который отличался от используемого в [76] лишь величиной порога. СЦ-мастер вырабатывался при выполнении трех условий, заложенных в электронику:
1. Плотностное условие (ПУ) означает, что в центральной части установки из 33 де-