Содержание к диссертации
Введение
2. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТА И ЭЮПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ 13
2.1. Экспериментальная установка 13
2.2. Анализ индивидуального ШАЛ 16
2.3. Анализ погрешностей, вносимых алгоритмом определения параметров индивидуального 2.4. Анализ работы экспериментальной установки с учетом управляющей системы и падающего на установку спектра ШАЛ по числу частиц 23
2.5. Экспериментальные данные о функции пространственного распределения частиц ШАЛ на высотах П.2-П.8км 30
2.6. Высотная зависимость функции пространственного распределения 36
2.7. Поток ШАЛ с фиксированным числом частиц на высотах II.2-II.8KM 40
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЯДЕРНО-ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КАСКАДОВ В АТМОСЖЕ 67
3.1. Модель атмосферы 69
3.2. Общая схема моделирования каскада 69
3.3. Моделирование сильного взаимодействия 73
3.4. Взаимодействие ядро-ядро 85
3.5. Распад JT -мезонов 87
3.6. Электромагнитный каскад 88
3.7. Длина пробега мюонов 89
Рисунки 91
4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ ШАЛ, СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕ
РИМЕНТОМ 98
4.1. Функция пространственного распределения ШАЛ на высотах П-12км для фиксированных значений энергии первичных частиц 98
4.2. Учет управляющей системы аэростатной установки при сравнении расчетов с экспериментальными данными о ШАЛ на больших высотах 109
4.3. Сравнение результатов расчетов с рядом данных об адронах и мюонах в нижней половине атмосферы 116
Рисунки 120
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Блок-схема и программа для алгоритма минимизации функции нескольких переменных 129
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Параметры индивидуальных ШАЛ, зарегистрированных установкой в интервале высот
II.2-II.8KM 134
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Программа расчета методом Монте-Карло трехмерного развития ШАЛ 137
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Вероятности регистрации ШАЛ аэростатной установкой на глубине 250г/см^ для различных значений первичной энергии и расстояний до оси ливня 174
ЛИТЕРАТУРА 177
- Экспериментальная установка
- Модель атмосферы
- Функция пространственного распределения ШАЛ на высотах П-12км для фиксированных значений энергии первичных частиц
Экспериментальная установка
Экспериментальная установка для исследования ШАЛ в верхней атмосфере состояла из нескольких сот годоскопических и шести сцинтилляционных счетчиков, расположенных в горизонтальной плоскости и размещенных в круге диаметром 30м. Удачное конструктивное решение как электронной аппаратуры, выполненной полностью на полупроводниковых приборах, так и несущей конструкции, состоявшей из ажурных алюминевых секций, позволило создать установку таких размеров с общим весом порядка 800кг, включая и вес автономных источников питания. Это дало возможность с помощью высотного аэростата вести исследования ШАЛ на высотах вплоть до 12км.
Схематически размещение детекторов установки приведено на рис.2.1. Управляющая система, которая выдавала команды на регистрацию ШАЛ, состояла из шести сцинтилляционных счетчиков І-УІ, включенных в схему совпадений. Счетчики І-Ш имели цилиндрическую форму (0 300мм, толщина 50мм) и были расположены в центре установки. Счетчики ІУ-УІ имели прямоугольную формуС500x500x50мм) и были разнесены по периферии установки. Схема совпадений выдавала команду на регистрацию ливня только в том случае, когда в результате прохождения ливневых частиц через управляющую систему в каждом из сцинтилляторов І-Ш возникали импульсы, превышающие величину импульса от одной релятивистской частицы Vo , а в каждом из сцинтилляторов ІУ-УІ импульсы превышали величину I.5V0 . Калибровка величины Vo была проведена в наземных испытаниях установки.
Модель атмосферы
Первичная частица, в общем случае ядро, пробег взаимодействия которой разыгрывается случайным образом, взаимодействует с ядром воздуха, образуя вторичные частицы, которые вместе с лидирующей55 составят первое поколение каскада. В эту группу войдут только частицы с энергией больше пороговой ЕпоЬ. , остальные, энергия которых не удовлетворяет этому условию, из дальнейшего рассмотрения исключаются. Для каждой оставшейся частицы поколения запоминаются координаты точки образования, ее тип, энергия и проекции импульса в лабораторной системе координат. Далее, выбирается первая частица поколения. Если для нее существует несколько конкурирующих процес-сов, например, распад JT- мезонов или их взаимодействие с ядром воздуха, то случайным образом разыгрывается тіш конкурирующего процесса и координаты точки в атмосфере, где он произойдет. Вновь образовавшиеся и лидирующие частицы с энергией выше Вныь. образуют второе поколение каскада и т.д.
class3 РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ ШАЛ, СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕ
РИМЕНТОМ class3
Функция пространственного распределения ШАЛ на высотах П-12км для фиксированных значений энергии первичных частиц
В 2.4 описаны результаты моделирования отклика аэростатной установки на реальный спектр ШАЛ. При этом использовалось приближение ФПР ливневых частиц аппроксимацией НКГ (I.I). Оси ливней падали на плоскость установки равномерно, а угловое распределение осей ливней бралось из экспериментальных данных. Строго говоря, при сравнении результатов расчетов ШАЛ по описанной в предыдущей части методике необходимо поступить аналогичным образом. Но при моделировании ядерно-электромагнитного каскада резко возрастают затраты машинного времени по сравнению с использованием для описания ливня аппроксимации НКГ, и практически невозможно наиграть статистику, аналогичную полученной в 2.4 ( 100000 ливней). При моделировании круто падающего энергетического спектра первичного космического излучения основные затрати времени ЭВМ будут идти на розыгрыш ливней от первичных частиц, чьи энергии лежат вблизи нижнего порога регистрации их установкой, т.е. на те ливни, вероятность регистрации которых мала, и которые, как это будет показано в следующем параграфе, практически не вносят вклада в наблюдаемые величины. Поэтому расчеты были проведены для ряда дискретных значений энергии первичной частицы, а при сравнении результатов с экспериментом они брались с весами, соответствующими энергетическому спектру первичных частиц и вероятности регистрации установкой ливня от частицы этой энергии.
