Методы мониторинга и результаты измерений оптических свойств водной среды в районе байкальского нейтринного телескопа НТ-200

• Автор: Таращанский, Борис Абрамович
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Измерение показателя поглощения
1.1 Фотометрические величины и гидрооптические характеристики
1.2 Методы измерения показателя поглощения
1.3 Метод с использованием изотропного источника света
1.4 Методическая погрешность
1.5 Приборы и эксперименты
1.6 Экспериментальные результаты и погрешности
1.7 Модель поглощения света в Байкальской воде
2 Измерение показателя рассеяния
2.1 Факторы, влияющие на показатель рассеяния
2.2 Методы измерения показателей рассеяния и ослабления
2.3 Метод определения е по прямому свету изотропного источника
2.4 Метод определения е по рассеянному свету изотропного источника
2.5 Точность приближения однократного рассеяния
2.6 Учет многократного рассеяния
2.7 Стационарный измерительно-методический комплекс ” Бурхан”
2.8 Результаты измерений и погрешности
3 Измерение индикатрисы рассеяния
3.1 Факторы, влияющие на вид х(т)
3.2 Методы измерения индикатрисы рассеяния
3.3 Восстановление х(т) по измерениям поля яркости изотропного источника
3.4 Методическая погрешность восстановления х(7)
3.5 Эксперимент по измерению поля яркости
3.6 Экспериментальные данные
4 Заключение
Список литературы
Приложение

Введение
До начала нашего столетия знания о строении Вселенной пополнялись с помощью наблюдений электромагнитного излучения в оптическом диапазоне. С открытием радиоволн, рентгеновского излучения и космических лучей появились новые инструменты и возможности в изучении как Космоса, так и микромира. Возникли новые научные направления такие, как радио- и гамма-астрономия, астрофизика высоких энергий и др. [1]
В шестидесятые годы возникли идеи использования, большой проникающей способности нейтрино для изучения процессов, происходящих внутри Солнца и других космических объектов как в нашей Галактике так и за ее пределами. Однако из-за малости сечения взаимодействия нейтрино с веществом для регистрации нейтрино требуются детекторы большого объема и массы.
В 1960 году М.А.Марков выдвинул идею [2] о создании в естественных водоемах больших оптических детекторов для регистрации нейтрино высоких энергий. В результате взаимодействия нейтрино' с водой рождаются электрически заряженные частицы, дающие вспышку че-ренковского излучения, которую можно регистрировать чувствительными оптическими фотоприемниками.
В 1979 году А.Е.Чудаков [3] предложил использовать уникальные характеристики озера Байкал, такие как высокая прозрачность вод, относительно большие глубины на малом расстоянии от берега, ледовый покров, сохраняющий несущую способность в течении 1.5 — 2 месяцев в году, для отработки методики глубоководной регистрации мюонов и нейтрино. Возможность создания крупномасштабного глубоководного оптического детектора в Байкале вызывала в то время большие сомнения.

Одна из особенностей глубоководных нейтринных телескопов состоит в том, что природная вода в их эффективном объеме является одновременно и мишенью и средой, в которой возникает и распространяется излучение Вавилова-Черенкова
Оптические свойства воды в значительной степени определяют возможность решения основных физических задач, стоящих при создании глубоководных нейтринных телескопов.
Спектральная зависимость показателя поглощения света в воде влияет как на величину эффективного радиуса регистрации черенковского излучения отдельными оптическими модулями, так и на эффективные площадь и объем телескопа в целом. Чем лучше известна величина поглощения света в воде, тем точнее можно осуществлять калибровку телескопа по потоку мюонов или другим событиям, ожидаемая частота появления которых может считаться известной. Поглощение света в воде в значительной степени определяет выбор расстояний между оптическими модулями установки и их количество при заданном объеме телескопа.
Рассеяние света в воде приводит к изменению направления движения фотонов, так что ’’образ” регистрируемого события размазывается из-за изменения вероятностей и времен срабатывается оптических1 модулей. Величина эффекта определяется показателем и индикатрисой рассеяния света в воде.
Рассеяние света оказалось критичным для установки AMANDA [4], создаваемой в антарктическом льду. Для первой стадии установки AMANDA А восстановление траекторий мюонов из данных, получаемых с вмороженных в лед на глубинах 800 — 1000 метров оптических модулей, оказалось практически невозможным из-за очень сильного рассеяния света на газовых пузырьках.

ное. Это связано с тем, что спектральная ширина комбинации двух стеклянных обрезающих светофильтров велика, а поглощение света в воде довольно селективно. Особенно заметен этот эффект при переключении яркости, т.к. с увеличением яркости лампочка ’’синеет”Заменив фильтры на интерференционные с шириной полосы пропускания 3-5 нм, мы существенно подавили этот эффект в окрестности максимума пропускания, но на краях спектра этого оказалось недостаточно. Поэтому при А < 440 нм и А > 550 нм при построении кривой спектрального поглощения света байкальской водой пришлось делать несколько иттераций в соответствии с описанной в следующем параграфе процедурой, учитывающей спектральные свойства используемых источника, приемника света и светофильтров. ln(E-R?)

Расстояние ,м
Рис.1.6. Пример влияния полосы пропускания комбинации двух обрезающих светофильтров (20нм) на измерения показателя поглощения света в воде в ’’окне прозрачности”(1986г)