Введение к работе
. Цель работы. Настоящая работа посвящена разработке и исследованию методов разделения частиц различных сортов при регистрации их детекторами на основе Csl(TI), подготовке и осуществлению эксперимента по регистрации нейтрального излучения в околоземном космическом пространстве при помощи неорганического сцинтилляционного детектора на основе Csl(TI) и исследованию с его помощью потоков и спектров у-квантов и нейтронов в эксперименте на борту орбитальной станции "МИР".
Актуальность проблемы. Разработка и создание новых приборов, позволяющих регистрировать у-излучение в широком диапазоне энергий и нейтроны с Еп>20 МэВ в экспериментах, осуществляемых в околоземном сосмическом пространстве (ОКП), важны для исследований в области физики солнечных вспышек и физики околоземного космического пространства, а также Оля решения прикладных задач, связанных с радиационной обстановкой внутри (осмических аппаратов. Данные приборы позволят изучать механизмы ускорения тстиц в солнечных вспышках при помощи регистрации нейтрального зспышечного излучения, а также исследовать существующее в околоземном іространство нейтронное и у-излучение различной природы. Информация о ютоках и спектрах у-квантов и нейтронов на спутниковых высотах в околоземном іространстве (как альбедных, источником которых служит атмосфера Земли, так і локальных, образовавшихся в веществе космических аппаратов и самих іетекторов под действием космических лучей), с одной стороны, нужна для >пределения фоновых условий при регистрации у-квантов и нейтронов, ібразовавшихся в солнечных вспышках, и с другой стороны, для анализа іадиационной обстановки в целях обеспечения радиационной безопасности ікипажей пилотируемых космических аппаратов.
Поскольку комплексная регистрация у-квантов и нейтронов солнечных спышек представляет интерес при исследовании механизмов ускорения частиц солнечных вспышках, целесообразно создание приборов, способных егистрировать у-кванты и нейтроны одновременно, разделяя их между собой, (тмотим, что используемые в настоящее время приборы, способные дновременно регистрировать у-кванты и энергичные нейтроны, имеют либо ольшие размеры и массу, что сильно затрудняет их использование в кспериментах на ИСЗ, либо малую эффективную площадь и большой уровень юна при регистрации нейтронов, вызванный у-квантами. Кроме того, эти риборы достаточно дороги, что в настоящее время весьма существенно.
Таким образом, создание новых, по возможности более компактных, легких недорогих приборов, обладающих способностью одновременно регистрировать излучение в широком диапазоне энергий и нейтроны с энергиями >20 МэВ, при гом разделяя эти два вида излучений, а также исследование с помощью этих эиборов энергичного нейтрального излучения под радиационными поясами змли (РПЗ) являются актуальной задачей.
Новизна работы.
1. Разработана и экспериментально проверена фосвич-схема для
разделения нейтральных и заряженных частиц, работающая в широком диапазоне
энергий от 50 кэВ до 50 МэВ. Введенный в схему учет амплитуды светового
импульса в Csl(TI) позволил впервые увеличить энэргетический диапазон работы
фосвич-схемы с Емах/Ем;п -100-200, в схемах, использованных ранее, до более
1000.
2. При исследовании метода разделения у-квантов и тяжелых заряженных
частиц по форме импульса в Csl(TI) впервые экспериментально
продемонстрирована возможность разделения у-квантов и а-часгиц начиная с
энергий Е,= 30 кэВ.
3. Впервые детектором на основе Csl(TI) осуществлена регистрация
фоновых нейтронов в лабораторных условиях, что показывает возможность
проверки работы детекторов на основе Csl(Ti) от нейтронов с энергиями >20 МэВ
без использования ускорителей.
4. Впервые для разделения событий в Nal(TI) и Csl(TI) при одновременном
просмотре этих сцинтилляторов одним и тем же ФЭУ применен способ
сравнения полного количества света, выделенного в сцинтилляторе до
некоторого времени t и после него. Этот способ впервые позволил осуществить
разделение событий в Nal(TI) и в Csl(TI) начиная с энергий у-квантов 5 кэВ (до сих
пор нижняя граница разделения составляла > 50 кэВ).
5. На космической орбитальной станции "МИР" экспериментально
измерены широтные зависимости потоков и спектров у-квантов с энергиями
>0.15 МэВ и нейтронов с энергиями >20 МэВ.
6. По данным о вторичном гамма-излучении, образующемся под действием
электронов в веществе орбитальной станции, в области Бразильской магнитной
аномалии на L-1.8 зарегистрированы потоки электронов с энергиями в десятки
МэВ величиной >3-103 м'^г'ср'1, имеющих аномально жесткий спектр.
Научная и практическая ценность работы.
Результаты выполненных разработок и исследований в области методик разделения частиц различных сортов при регистрации их детекторами на основе Csl(TI) были использованы при разработке прибора НЕГА-1, предназначенного для исследования энергичного нейтрального излучения в эксперименте на космической орбитальной станции "МИР". Они также будут использованы при последующей модернизации этого прибора для международной космической станции "АЛЬФА". При помощи прибора НЕГА-1 были получены данные о у-излучении с энергией выше 0.15 МэВ и нейтронах с энергиями выше 20 МэВ на космической орбитальной станции "МИР", характеризующие фоновое нейтральное излучение на сверхтяжелых ИСЗ.
Результаты данной работы по определению потоков и спектров фонового у-и нейтронного излучения, существующего на станции "МИР", важны, в первую очередь, для контроля за радиационной безопасностью экипажей пилотируемых
эсмических аппаратов большой массы, а также при наблюдениях нейтронов и у-шнтов солнечных вспышек, при исследованиях космических источников у-злучения в данном или подобных экспериментах.
При разработке и исследовании методов разделения, использовавшихся эй создании прибора НЕГА-1, а также при подготовке и проведении ссперимента с данным прибором на борту станции "МИР" были получены педующие результаты, имеющие самостоятельное значение.
Реализованная в приборе НЕГА-1 фосвич-схема, позволяющая за счет юта амплитуды импульса в Csl(TI) отделять нейтральные частицы от заряженных широком диапазоне энергий от 50 кэВ до 50 МэВ, а также схема разделения эбытия в Nal(TI) и в Csl(TI) при просмотре этих сцинтилляторов одним и тем же >ЭУ, использующая сравнение количества света, выделенного за различные нтервалы времени, могут быть использованы при создании других приборов, хему разделения импульсов в Nal(TI) и в Csl(TI) планируется использовать в кспериментах на спутнике "КОРОНАС-Ф" и космической станции "Альфа".
Автором создан пакет программ первичной обработки, позволяющий перативно получать информацию о потоках частиц, регистрируемых комплексом аучной аппаратуры ТРИФ-1" в эксперименте на станции "МИР". После ростейшей модернизации этот пакет программ может быть использован для ервичной обработки и оперативного просмотра информации, получаемой в ругих спутниковых экспериментах и передаваемой на Землю по каналам РТС.
На защиту выносятся:
1. Методы разделения событий, вызваных частицами различных сортов,
ри регистрации их неорганическими сцинтилляционными детекторами на основе
:sl(TI) по форме светового импульса:
способ автоматического разделения нейтральных и заряженных частиц в етекторах на основе кристалла Csl(TI), окруженного пластическим цинтиллятором, учитывающий амплитуду импульса в Csl(TI) путем сравнения мплитуд светового импульса через несколько наносекунд и через ~0.5 мкс после го начала;
экспериментальное обоснование возможности разделения у-квантов и тяжелых аряженных частиц начиная с энергий Е,=30 кэВ, с использованием зависимости юрмы импульса в Csl(TI) от средней ионизации регистрируемых частиц;
методика разделения событий в Nal(TI) и в Csl(TI), в спектрометрах у-злучения, собранных на основе комбинированных детекторов из Nal(TI) и Csl(TI), росматриваемых одним ФЭУ, использующая сравнение количества света, ыделенного в различные интервалы времени.
2. Широтные зависимости потоков и спектров у-излучения с энергией выше
.15 МэВ и нейтронов с энергиями выше 20 МэВ на космической орбитальной
танции "МИР", полученные поданным прибора НЕГА-1.
3. Результаты исследования заряженных частиц в околоземном
осмическом пространстве по вторичному у-излучению. Существование в области
6 Бразильской магнитной аномалии на L-1.8 повышенных потоков электронов ( энергиями в десятки МэВ,имеющих аномально жесткий спектр.
Апробация работы. Основные материалы диссерг-!- — -— обсуждались на Международной конференции по космическим лучам (Алма-Ата 1988), на Международном семинаре по научному космическому приборостроеник (Фрунзе, 1989), на 1-м Российско-Американском рабочем совещании по проекті "Солнечный Зонд" (Москва, 1995), на 24 Международной конференции пс космическим лучам (Рим, 1995), на Международной конференции по космические, лучам (Москва, 1996), на 31 научной Ассамблее COSPAR (Бирмингем: 1996), і также на научных семинарах ОКИ и ОКФИ НИИЯФ МГУ и Ломоносовских чтениях.
Публикации. Основные результаты диссертации содержатся в 9 печатны) работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение четыре главы, заключение и список литературы, занимает объем 15^ страниц включая 53 рис., 8 таблиц и 17Ї библиографических ссылки. Содержание диссертации.
