Интенсивность потока и энергетический спектр мюонов космических лучей под большими зенитными углами

• Автор: Дмитриева, Анна Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 94 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Экспериментальные данные и их анализ
1.1. Связь ишпегральной интенсивности с числом регистрируемых событий
1.2. Экспериментальная установка
1.3. Критерии отбора экспериментальных событий
1.4. Оценка влияния неверного восстановления треков в событиях с частицами сопровождения
1.5. Мертвое время электроники СМ
Глава 2. Пороговая энергия и светосила установки
2.1. Метод расчета пороговой энергии
2.2. Систематические ошибки А1Е , возникающие из-за неопределенности параметров детектора
2.3. Метод расчета светосилы установки и его проверка
Глава 3. Интегральная интенсивность потока мюонов
3.1. Интегральная интенсивность потока мюонов
3.2. Аппроксимационная формула
3.3. Сравнение с результатами других экспериментов
Глава 4. Дифференциальные температурные коэффициенты
4.1. Определение дифференциальных температурных коэффициентов
4.2. Формулы для расчета потока мюонов аналитическим способом
4.3. Модель атмосферы
4.4. Сравнение результатов расчетов спектра мюонов с экспериментальными данными
4.5. Метод и результаты расчета ДТК
Заключение
Список используемой литературы

Введение
Исследования угловой и энергетической зависимости потока мюонов на поверхности Земли имеют важное значение для физики космических лучей (КЛ). Мюоны образуются при распаде нестабильных элементарных частиц (в основном л- и К-мезонов), рождающихся при взаимодействии протонов и ядер первичных КЛ высокой энергии с ядрами атомов земной атмосферы. Мюоны, не являясь ядерно-активными частицами, относительно слабо взаимодействуют с веществом и теряют свою энергию главным образом на возбуждение и ионизацию атомов воздуха. Поэтому они способны донести до уровня наблюдения информацию как о первичном космическом излучении, так и о процессах в атмосфере, влияющих на генерацию мюонов и определяющих их прохождение через атмосферу. Данные об абсолютной интенсивности мюонов важны для исследований энергетических спектров мюонов, поскольку они, как правило, нормируются на абсолютную интенсивность. Во многих экспериментах мюоны являются фоновыми частицами и для оценки числа фоновых событий также необходимо знать поток мюонов.
Поток мюонов изучается в наземных экспериментах на различных высотах и на уровне моря, а также в экспериментах под землей и под водой. Эксперименты на поверхности, в отличие от подземных, свободны от неопределенностей, связанных с точным измерением рельефа и состава грунта над установкой или с расчетами энергетических потерь в грунте. Кроме того, на поверхности Земли можно измерять потоки мюонов при очень больших зенитных углах, вплоть до 90°. Однако большинство исследований интегральной интенсивности проводилось для вертикального направления, и существуют
области по зенитным углам и пороговым энергиям, в которых
экспериментальных данных вообще нет. В исследованных областях для одинаковых пороговых энергий зависимость интегральной интенсивности от зенитного угла сильно отличается для разных экспериментов (до 20% и более).
Области измерений спектра мюонов при больших зенитных углах
приведены на рис. В.1. Символами показаны измерения интегральной
интенсивности (эксперименты [1-12]), затемненная область - эксперименты по

измерению дифференциального спектра (см. обзор [13] и [4,5,10,12,14-29]). Основная часть экспериментов по изучению интегральной интенсивности при больших зенитных углах проводилась для пороговых энергий до 1 ГэВ [1-9]. Следует отметить, что в диапазоне пороговых энергий от 3 до 10 ГэВ и зенитных углов 60° < 0 < 90° по интегральной интенсивности есть экспериментальные данные только одного эксперимента [10]. Указанный эксперимент проводился давно (в 1975 г.) и в указанной области были получены значения интегральной интенсивности только для восьми точек. Для исследования этой области необходим детектор, способный измерять окологоризонтальный поток мюонов при различных энергетических порогах с хорошей угловой точностью реконструкции треков. Таким детектором является российско-итальянский координатный детектор ДЕКОР [30], входящий в состав экспериментального комплекса НЕВОД [31], расположенного в МИФИ.
О Wilson [1]
★ Gettert [2]
® Tsuji [3]
в Judge [4]
H Moroney [5]
□ Jakeman [6]
A Crookes [7]
Ж Flint [8]
Karmakar [9]
< Abdel-Monem [ 10] О Bhattacharyya [11] V Allkofer [12]
10'1 10°
Пороговая энергия, ГэВ
Рис.В.1. Области измерений спектра мюонов при больших зенитных углах.
Символы — измерения интегральной интенсивности; затемненная область
эксперименты по измерению дифференциального спектра.
Рассмотрим предыдущие эксперименты, сначала для Етн ~ 1 Г эВ, затем длярмт = 0.7 ГэВ и ~ 0.3 ГэВ.
В эксперименте В.G. Wilson [1] (1959 г.) пороговый импульс равен 1 ГэВ/c, интегральная интенсивность получена для зенитных углов 87°, 87.5°,

Таблица 2.1. Значения То и систематической неопределенности Л/от в оценке интенсивности.
пары ДЕКОР-Б-ДЕКОР-Б пары ДЕКОР-В-ДЕКОР-Б
СМ СМ Го, МэВ Л/от, % СМ СМ То, МэВ А/От, %
00 02 310 0.1 08 00
00 03 290 0.1 08 01
00 04 310 0.07 08 02
00 05 320 0.05 08 03
01 02 240 0.35 08 04
01 03 280 0.15 08 05
01 04 290 0.1 08 06
01 05 320 0.05 08 07
07 02 330 0.05 09 00
07 03 320 0.05 09 01
07 04 310 0.07 09 02
07 05 290 0.1 09 03
06 02 330 0.05 09 04
06 03 320 0.06 09 05
06 04 290 0.1 09 06
06 05 270 0.18 09 07
00,01 06, 07 340 0.02
Для нескольких СМ пример зависимости пороговой энергии от зенитного и азимутального углов для треков, проходящих через центр СМ, показан на рис.2.7. Шаг по углам равен одному градусу, для удобства сравнения расчет для всех СМ начинался с Г0 = 250 МэВ. СМ04 расположен напротив центра бассейна, поэтому для него зависимость пороговой энергии от углов должна быть симметрична относительно азимутального угла (3=180°. Это хорошо видно из рисунка. СМ02 находится на краю бассейна, поэтому максимальные значения пороговой энергии должны соответствовать азимутальным углам -105° (когда треки пересекают бассейн по диагонали), что тоже видно из графика. СМ06 и СМ01 расположены симметрично, поэтому зависимость пороговой