Введение к работе
Актуальность проблемы. Регистрация энергичных нейтронов (Еп>10 МэВ) и у-квантов в околоземном космическом пространстве (ОКП) важна для решения проблем физики околоземного пространства, физики Солнца и ряда прикладных задач. Энергичные нейтроны и у-кванты, как правило, регистрируются одними и теми же детекторами, поэтому использование раздельной регистрации нейтронов и у-квантов позволяет исследовать поля нейтронного и у-излучений в ОКП, а также более эффективно изучать нейтральное излучение солнечных вспышек. Данные о стационарных потоках нейтронов и у-квантов на спутниковых высотах в ОКП, как альбедных, так и локальных, то есть образовавшихся непосредственно в веществе космических аппаратов и самих детекторов под действием космических лучей, необходимы для определения фоновых условий при регистрации солнечных нейтронов и у-квантов, для анализа радиационной безопасности космических полетов и оценки надежности работы электронных схем в космическом пространстве.
На сегодняшний день существует лишь небольшое число данных как по измерениям потоков и спектров энергичных нейтронов альбедо Земли на различных геомагнитных широтах, так и по прямой регистрации солнечных нейтронов, что связано со значительными экспериментальными трудностями. Использовавшиеся для регистрации энергичных нейтронов в ОКП приборы тяжелы и громоздки, что затрудняет их использование в космических экспериментах, к тому же эти приборы весьма дороги, что в настоящее время также достаточно существенно. Пять из семи случаев прямой регистрации солнечных нейтронов осуществлены прибором GRS, в котором эти частицы и у-кванты не разделялись, что значительно снижало его чувствительность к вспышечным нейтронам.
Таким образом, измерения энергичного нейтрального излучения под радиационными поясами Земли (РПЗ), а также создание новых, по возможности более легких, компактных и недорогих приборов, обладающих высокой чувствительностью к нейтронам с энергиями >10 МэВ, являются актуальной задачей.
Цель работы. Настоящая работа посвящена исследованию методики идентификации энергичных нейтронов на фоне у-квантов, основанной на зависимости формы импульса в Csl(TI) от средней ионизации регистрируемых частиц, разработке метода получения функций отклика приборов, в которых эта зависимость используется, на моноэнергетические потоки нейтронов и использования данных функций для восстановления спектров регистрируемых частиц, а также изучениЮфоновых потоков и спектров нейтронов и у-квантов под РПЗ.
Новизна работы.
1. Впервые прямыми измерениями обоснована возможность идентификации нейтронов на интенсивном фоне у-квантов по форме светового импульса в Csl(TI).
-I
-
Впервые определена зависимость формы импульса в Csl(TI\ от средней ионизации регистрируемых частиц в диапазоне значений ионизации 2-34 МэБсм2/г.
-
Впервые исследована зависимость эффективности разделения электронов и протонов по форме импульса в Csl(TI) от энергии в интервале 12-150 МэВ.
-
Разработана методика получения функций отклика детекторов Csl(TI) на моноэнергетические потоки нейтронов при помощи математического моделирования процессов взаимодействия нейтронов с детектором. Достоверность результатов моделирования подтверждена путем сравнения рассчитанных функций отклика с функциями отклика, полученными по данным эксперимента на ускорителе.
-
Получены широтные зависимости потоков и спектров нейтронов с энергиями 10-400 МэВ и у-квантов с энергиями 1.5-100 МэВ, регистрировавшихся на тяжелом орбитальном комплексе (ОК "САЛЮТ-7"- "КОСМОС-1686"),.
Научная и практическая ценность работы.
Результаты проведенных исследований были использованы при разработке прибора СОНГ, предназначенного для изучения временных и спектральных характеристик потоков нейтронов с энергиями >10 МэВ и у-излучения в диапазоне 0.12-100 МэВ для эксперимента на ИСЗ "КОРОНАС-И" и при последующей модернизации этого прибора для проекта "КОРОНАС-Ф". Вычисленные автором функции отклика позволяют получить информацию о потоках и спектрах энергичных нейтронов по данным экспериментов на ОК "Салют-7"-"Космос-1686" и ИСЗ серии "KOPQHAC".
Результаты настоящей работы по определению фоновых потоков и спектров нейтронов и у-квантов в ОКП важны при наблюдениях нейтронов и у-квантов солнечных вспышек, при исследованиях космических источников у-излучения, а также для контроля за радиационной безопасностью экипажей пилотируемых космических аппаратов и оценки надежности работы электронных схем в космическом пространстве.
В процессе исследования и разработки методик, использовавшихся при создании данного прибора, получен ряд результатов, имеющих самостоятельное значение.
При исследовании методики идентификации нейтронов на фоне у-квантов по форме импульса s Csl(TI) была впервые определена зависимость формы импульса от средней ионизации регистрируемых частиц в области значений средней ионизации 2-34 МэВ см^/г, а также получена зависимость эффективности разделения электронов и протонов по форме импульса в Csl(TI) в диапазоне энергий 12-150 МэВ. Эти результаты имеют существенное значение при разработке новых приборов на основе сцинтилляционного кристалла Csl(TI).
При получении функций отклика детекторов на оснозе Csl(TI) на моноэнергетические потоки нейтронов была создана программа, позволяющая получать аналогичные функции отклика для детекторов такого же типа, имеющих различную конфигурацию и размеры.
На защиту выносятся:
1. Экспериментальное обоснование возможности идентификации
энергичных нейтронов на интенсивном фоне у-квантов, основанной на
зависимости формы светового импульса в Csl(TI) от средней ионизации
регистрируемых частиц.
2. Зависимость формы светового импульса в Csl(TI) от средней иониза
ции регистрируемых частиц в диапазоне значений ионизации 2-34 МэВ см^/г.
3. Методика получения необходимых для воссановления спектров
регистрируемых нейтронов функций отклика сцинтилляционных детекторов на
основе Csl(TI) на моноэнергетические потоки этих частиц.
4. Широтные зависимости потоков и спектров нейтронов с энергиями Ю-
400 МэВ и у-квантов с энергиями 1.5-100 МэВ по данным прибора "НЕГА" в
эксперименте на ОК "САЛЮТ-7"- "КОСМОС-1686", характеризующие фоновое
энергичное нейтральное излучение, регистрируемое на тяжелом орбитальном
комплексе.
Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции по космическим лучам (Самарканд, 1992), на совещании группы Солнечных Протонных Событий научного совета по проблеме "Физика солнечно-земных связей" РАН (Баксан, 1993), на 23 Международной конференции по космическим лучам (Калгари, 1993), на Международной конференции по космическим лучам (Москва, 1994), на научном семинаре Отдела физики космического пространства Института экспериментальной физики Словацкой Академии Наук, а также на научных семинарах ОКФИ и ОЯКИ НИИЯФ МГУ.
Публикации. Основные результаты диссертации содержатся в (з печатных работах и двух препринтах НИИЯФ МГУ.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение и список литературы, занимает объем 150 страниц, включая 34 рисунка, 2 таблицы и 141 библиографическую ссыпку. Содержание диссертации.
