Туры в Пиэльбрусье с Экскурсиями в Нейтрино

УСТАНОВКА КОВЕР-2

Комплексная ливневая установка “Ковер-2” предназначена для изучения электронной, мюонной и адронной компонент широких атмосферных ливней(ШАЛ). Она расположена на высоте 1700м над уровнем моря (глубина в атмосфере 840г/см2) и имеет координаты 43о25’N, 42o40’E, которым соответствует вертикальная жесткость обрезания 5.6ГВ. “Ковер-2” состоит из центральной части (“Ковер”) (рис.1), содержащей 400 жидкостных сцинтилляционных детекторов размером 0.7 м3 каждый, расположенных в виде сплошного квадрата со стороной 14м и общей площадью 196м2. Измеряемый диапазон значений энерговыделений в индивидуальном жидкостном детекторе “Ковер” равен 10-5000 релятивистских частиц (р.ч.). 1р.ч. – это наиболее вероятное энерговыделение ( ~ 50МэВ) одиночным мюоном при вертикальном прохождении жидкостного детектора.

Рис.1. Центральная часть установки Ковер.

Вокруг центральной части установки расположены шесть выносных пунктов (ВП), предназначенных для определения направления прихода ливней. Четыре из них расположены на расстоянии 30м и образуют квадратную геометрию, а два других – на расстоянии 40м от геометрического центра “Ковра”. Каждый из ВП имеет размеры 2.14.2м2 и содержит по 18 жидкостных сцинтилляционных детекторов, аналогичных тем, которые используются в “Ковре”. Для ШАЛ с осями в Ковре погрешность определения координат осей не хуже 0.7м, а погрешность измерения направления прихода ливней 3о. На расстоянии 48м от центральной части установки расположен мюонный детектор (МД), он находится в подземном туннеле на глубине 500г/см2, что соответствует энергетическому порогу 1ГэВ. Мюонный детектор (МД) расположен на расстоянии 48м от геометрического центра Ковра. Установки Ковер и МД работают независимо друг от друга и их системы регистрации имеют разное мертвое время. Т.к. временные метки событий в МД и Ковре вырабатываются одними часами, это позволяет проводить идентификацию совпавших событий во временном интервале =1мс.

Для определения энергии первичной частицы используется экспериментально измеряемая характеристика ШАЛ – полное число релятивистских частиц в Ковре, , а для оценки числа мюонов в МД , , используется величина энерговыделения в сцинтилляционных счетчиках МД, выраженная в числе р.ч. В обработку включены события, удовлетворяющие следующим условиям:

1. 1.оси ливня находятся в пределах Ковра;
2. 2.зенитные углы ливней <40o;
3. 3.суммарное энерговыделение в Ковре 104 р.ч.;
4. 4.число сработавших с порогом 10 р.ч. счетчиков в Ковре300.

МЮОННЫЙ ДЕТЕКТОР

Мюонный детектор (рис.2) представляет собой вытянутую плоскость размером 5 м2 и состоит из 175 стандартных сцинтилляционных счетчиков площадью 1м2 каждый, прикрепленных к потолку подземного помещения. Каждый счетчик состоит из четырех пластических сцинтилляторов размером 0.50.50.05м3, помещенных в светозащитный кожух. Пластические сцинтилляторы просматриваются фотоумножителями ФЭУ-49, состоящими из 12 динодов. Энерговыделение при прохождении через детектор одной релятивистской частицы соответствует примерно 280фотоэлектронам с фотокатода ФЭУ.

Мюонный детектор(175 пластических сцинтилляционных детекторов).

Анодные сигналы ФЭУ суммируются по группам и образуют пять модулей по 35 детекторов. Сигнал с 12-го динода преобразуется логарифмическим RC- преобразователем с порогом 0.5 в стандартный сигнал переменной длительности, который подается на годоскоп. RC- преобразователь представляет собой амплитудный логарифмический кодировщик, принцип работы которого основан на заряде емкости C импульсным током с ФЭУ и экспоненциальном разряде его через резистор R.

Постоянная времени преобразователя =RC равна 1мкс. При заполнении сигнала от преобразователя импульсами с частотой и10МГц обеспечивается точность измерения 10%. Диапазон измерения величины энерговыделения преобразователем составляет от 6 до 20000МэВ.

Для записи информации с детекторов используются два триггера установки Ковер и собственный триггер МД, который вырабатывается схемой совпадений при срабатывании любых трех из пяти модулей мюонного детектора.

НЕЙТРОННЫЙ МОНИТОР

Нейтронные мониторы уже много лет остаются современным стандартным инструментом для регистрации нейтронов, рожденных в атмосфере Земли при ее взаимодействии с космическими лучами, и играют ключевую роль в исследованиях в области космической физики, солнечно-земных связей и космической погоды. Они чувствительны к космическим лучам, проникающих в атмосферу Земли, с энергией около 0.5-20ГэВ, которые не могут быть измерены детекторами в космосе таким же простым, недорогим, и статистическим точным способом.

В нейтронном мониторе используются двухметровые пропорциональные счетчики диаметром 14.8см, наполненные газом BF3, обогащенные B10. Стандартный монитор типа NM-64 состоит из трех 6-счетчиковых секций. Каждая секция имеет размеры 315222 52см3 и весит около 12т, в качестве генератора нейтронов используется свинец (эффективная площадь 6.21 м2), в качестве замедлителя и рефлектора – полиэтилен. Регистрируемые адроны (протоны и нейтроны) вызывают ядерные реакции в свинце и рождение множества нейтронов низких энергий. Эти нейтроны с энергиями порядка МэВ замедляются до тепловой энергии и регистрируются пропорциональными счетчиками. Пропорциональный счетчик в нейтронном мониторе регистрирует тепловые нейтроны, кинетическая энергия которых около 0.025 эВ. Счетчик заполнен гасящим газом –трифторидом бора (BF3), обогащенным до 96% изотопом 10B при давлении в 0.27бара. Регистрация тепловых нейтронов в счетной трубке происходит при их взаимодействии с ядром 10B в экзотермической реакции захвата.

В результате этой реакции освобождается примерно 2.5МэВ энергии, при этом на долю ядра лития приходиться около 0.9МэВ, а альфа частиц -1.6МэВ.

В целях повышения вероятности ядерной реакции нейтроны должны быть замедлены . Функция замедлителя заключается в уменьшении энергии нейтронов как можно ближе к тепловой энергии (1/40эВ) . Это осуществляется путем сталкивания нейтронов с другими ядрами. Обмен кинетической энергией происходит тем лучше, чем ближе массы ядра к массе самого нейтрона. Материалы с низкой атомной массой, которые, как правило, содержат водород, например, полиэтилен, используется в NM-64 в качестве замедлителя, который окружен свинцовым умножителем. Свинец выполняет две функции в нейтронном мониторе:

Нейтроны низкой энергии образуются в ядерных реакциях адронов со свинцом.

Среднее число вылетевших нейтронов на каждый падающий нуклон ~ 15 и, таким образом, свинец приводит к увеличению общей вероятности регистрации.

Свинец имеет сравнительно малое сечение поглощения для тепловых нейтронов.

Отражатель также экранирует и поглощает нейтроны низкой энергии, которые производятся в окружающем веществе за пределами нейтронного монитора.

Импульсы с усилителей счетчиков нейтронного монитора (НМ) и триггерный ливневой импульс с установки Ковер поступают на 32 канальную плату ADLINK PCI-7233H, и с нее на ПК Pentium IV. Эти импульсы обрабатываются со скоростью опроса 500кгц по каждому каналу. Для определения интервала времени между импульсами используется внутренний 64-разрядный счетчик-таймер процессора. Это позволяет с точностью 1мкс определять длительность между импульсами. Т.о. программа регистрирует не только скорость счета (количество импульсов за минуту), но и информацию о каждом отдельном импульсе: номер канала по которому пришел импульс и интервал времени, прошедший от предыдущего импульса в любом из 7 каналов. Используя эту информацию можно получить распределение интервалов между импульсами как в одном канале, так и в произвольно выбранной группе каналов. Для поддержания точного времени используется приемник GPS, подправляющий внутренние часы 1раз в час. Система сбора формирует файлы данных двух типов. Первый файл содержит F1содержит стандартные данные со скоростью счета за 1мин по каналам, включая данные о давлении и температуре. Второй файл F2 содержит информацию о каждом поступившем импульсе: время в микросекундах прошедшее от момента прихода предыдущего импульса и номера канала. Разделение информации на два файла сделано с целью обеспечить совместимость формата вывода данных нашей системы регистрации со стандартным форматом, использующихся на других станциях НМ.

ЭКСПЕРИМЕНТ КОВЕР-3

Интерес к поиску первичного гамма-излучения с энергией выше 100 ТэВ заметно возрос в последнее время в связи с результатами эксперимента IceCube, в котором были зарегистрированы высокоэнергичные нейтрино астрофизического происхождения. В одной из работ, показано, что если такие нейтрино являются результатом распадов заряженных пионов в Галактике, то должны существовать и нейтральные пионы тех же энергий, распады которых дает заметный поток гамма – излучения в диапазоне энергий 1014-5·1017 эВ. Предсказанный в наших работах поток космического диффузного гамма-излучения Галактического происхождения близок к имеющимся экспериментальным ограничениям в диапазоне ниже примерно 5ПэВ и может быть зарегистрирован в эксперименте Ковер-3. Ливневая установка Ковер-3 создается на основе ныне действующей установки Ковер-2. Подготовка эксперимента предполагает поэтапное увеличение непрерывной площади мюонного детектора, сначала до 410м2, а в дальнейшем

до 615 м2. Для увеличения площади регистрации осей ШАЛ будут установлены 20 модулей, в которых будут размещены по 9 стандартных пластических детекторов площадью 1м2 каждый. В настоящее время в подземных туннелях МД уже установлены 410 сцинтилляционных детекторов с общей непрерывной площадью 410м2, которые полностью укомплектованы электроникой. Ведется работа по наладке электроники сцинтилляционных детекторов и созданию системы сбора информации для данной конфигурации МД. На рис.3 представлен туннель МД с пластическими сцинтилляционными детекторами.

- Александр Куджаев -