Реферат: Экспериментальные методы изучения космических лучей. Крупнейшие экспериментальные установки

--PAGE_BREAK--§2. Экспериментальные методы изучения космических лучей. Крупнейшие экспериментальные установки
Согласно всесоюзной классификации научных направлений физика <img width=«283» height=«303» src=«ref-2_2561405-12551.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1030">космических лучей является одним из разделов более общего направле­ния — ядерной физики. Поэтому, например, в экспериментальных ме­тодах физики космических лучей, как и в ядерной физике, применяют дегекторы излучений. Но имеются и особенности, присущие только экспериментальным методам исследования космических лучей, кото­рые, в свою очередь, следует классифицировать по соответствующим темам исследований.
1. Первичное космическое излучение.
Исследование первичного космического излучения предполагает:

1)      измерение энергетического спектра первичных космических частиц в области энергий Ео<img width=«13» height=«13» src=«ref-2_2573956-82.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">1017эВ, выяснение вопроса о его галактическом либо метагалактическом происхождении

2)      измерение химического состава первичных космических лучей при энергии Ео = 1014 — 1015эВ;

3)      поиск и изучение локальных источников космических лучей в Галак­тике.

Первая задача на современном этапе развития экспериментальной техники может быть решена только с помощью комплексных установок для изучения широких атмосферных ливней на уровне моря. Главная трудность — низкий поток первичного космического излучения и не­возможность непосредственного измерения энергии первичной час­тицы. Благодаря использованию метода ШАЛ эффективная площадь регистрации крупнейших экспериментальных установок достигает десятков квадратных километров. Для детектирования заряженных частиц ШАЛ обычно применяют сцинтиляционные и черенковские детекторы с большой площадью регистрации и значительным объемом энерговыделения. Наиболее часто в детекторах применяют пластмас­совые сцинтилляторы на основе полистирола с площадью 1—2 м2. В качестве радиатора черенковских счетчиков зачастую используют дистиллированную воду, залитую в металлические баки объемом в не­сколько кубических метров.

Комплексная установка ШАЛ Haverah park университетов Лидс, Нотингем, Лондон, Дархем (Англия) предназначена для изучения продольного развития, флуктуаций размера, энергетических спектров электронов и мюонов ШАЛ, а также для измерения первичного энер­гетического спектра. Диапазон энергий регистрируемых ШАЛ от 1016 до 1020 эВ. Площадь комплексной установки, на которой размещены 580 водных черенковских детекторов, равна 15 км2. В середине 80-х годов эксплуатация установки прекращена, а детекторы используются для других задач.

Установка Сиднейского университета (Австралия) имела площадь 40 км2, в ее состав входило 408 жидких сцинтилляционных детекторов с площадью каждого 6 м2. Имелась возможность регистрации ШАЛ от 2×1016 до 1021 эВ. В 80-х годах не эксплуатировалась.

<img width=«554» height=«358» src=«ref-2_2574038-20186.coolpic» v:shapes="_x0000_s1026">

Рис. 1. Пример регистрации ШАЛ Якутской установкой. Ось ливня прошла на расстоянии 69 м от центра установки. Белые и черные кружки — места располо­жения сцинтилляционных детекторов. Цифры у черных кружков — плотность ча­стиц (м-2), прошедших через данный детектор. Параметры ШАЛ:

время регистрации — 17 марта 1975 г., 05 ч 02 мин московского времени; положение оси в про­странстве — зенитный угол
q
= 41,5°, азимутальный угол
j
= 280°; полное число частиц — 3,4<img width=«36» height=«21» src=«ref-2_2594224-126.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">; энергия—~3,4 • 1019 эВ. Стрелка указывает направление на географический Северный полюс

Якутская комплексная установка ШАЛ Института космофизических исследований и аэрономии Якутского филиала Сибирского отделения АН СССР имеет площадь 18 км2, на которой размещены 172 пластмассовых сцинтилляционных детектора площадью 2 м2 каж­дый. Регистрируются ШАЛ с энергией 1017—1020 эВ. На рис. 1 при­веден план размещения сцинтилляционных детекторов на Якутской установке, где отмечены детекторы, зарегистрировавшие прохождение частиц одного из ШАЛ.

В 1985 г. в районе Акено (Япония) запущена экспериментальная установка ШАЛ с площадью 20 км2.

В экспериментальной установке университета Ута (США) применен оптический метод регистрации ШАЛ. Детектируется флуоресценция воздуха, вызванная ШАЛ, с помощью 60 параболических зеркал диаметром 1,5 м. Возможно детектирование ШАЛ с энергией Ео > 1021 эВ, если таковые существуют в природе. Эффективная площадь регистрации для таких ШАЛ достигает 1000 км3, ибо она определяется площадью светосбора в той области атмосферы, откуда приходит наи­большее количество флуоресцентного света. В СССР, близь г. Алма-­Ата, в 1988 г. начато строительство комплексной экспериментальной установки ШАЛ-1000 площадью 1000 км2.


--PAGE_BREAK--