Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Детектор нейтронов (эн-детектор) 12
1.1. Эн-детектор 12
1.1.1. СцинтилляторгпЗ(Ад)+6І іР 12
1.2.1. Первые образцы детектора 16
1.2.2. Выбор корпуса эн-детектора 17
1.2.3. Основные элементы эн-детектора 21
1.2.4. Описание эн-детектора 25
1.2. Тестирование эн-детектора 26
1.2.1 Методика отбора нейтронов 26
1.2.2 Стенд для тестирования и калибровки эн-детекторов 29
1.2.4 Эффективность отбора нейтронов с использованием методики отбора по форме импульса 32
1.2.5. Оценка эффективности регистрации тепловых нейтронов сцинтиллятором ZnS(Ag)+6LiF 33
1.2.5. Тестирование и подбор усиления эн-детектора 35
1.2.6 Диапазон линейности ФЭУ 36
1.2.7 Тестирование эн-детектора на координатно-трековом детекторе 38
1.3. Выводы к Главе 1 41
Глава 2. Установка ПРИЗМА-32 42
2.1 Опытный образец установки для регистрации нейтронной компоненты ШАЛ 42
5469
2.1.1. Схема и принцип работы 42
2.1.2. Результаты регистрации нейтронов в ШАЛ, полученные на опытном образце установки 44
2.2 Электроника установки для регистрации ШАЛ 46
2.2.1 АЦП 46
2.2.2 Дискриминатор-интегратор-усилитель (ДИУ) 47
2.2.3. Предусилитель 7d 50
2.2.4. Схема совпадений, отбор событий 52
2.2.5. Создание единой триггерной системы НЕВОД и установки ПРИЗМА-32 52
2.3. Схема установки и подключение 53
2.3.1. Изучение влияния водного бассейна на концентрацию тепловых нейтронов 53
2.3.2. Схема расположения эн-детекторов 55
2.3.3. Схема подключения эн-детекторов 56
2.3.4. Пункт сбора информации 57
2.4 On-line программы 58
2.4.1. Методика регистрации нейтронной компоненты ШАЛ 58
2.4.2. On-line программа для регистрации электромагнитной и нейтронной компоненты ШАЛ 59
2.4.3. База данных 61
2.4.4. Программа on-line EAS 7d 64
2.5 Обеспечение непрерывной работы 65
2.5.1 Стабилизация напряжения 65
2.5.5. Контроль за работой установки 66
2.6 Пример регистрации события ШАЛ 68
2.7. Выводы к Главе 2 70
Глава 3. Исследование фона тепловых нейтронов 71
3.1. Влияние метеопараметров на поток тепловых нейтронов вблизи поверхности Земли 71
3.1.1. Установка для изучения фонового потока тепловых нейтронов "Нейтрон" 71
3.1.2. Влияние давления на темп счета тепловых нейтронов 74
3.1.3. Влияние температуры на темп счета тепловых нейтронов 78
3.1.4. Влияние снега на темп счета нейтронов 80
3.2. Темп счета тепловых нейтронов на разных высотах 85
3.3. Выводы к Главе 3 89
Глава 4 Исследование нейтронов ШАЛ 90
4.1 Подготовка данных 90
4.1.1 Проведение экспериментальной серии 90
4.1.2 Объединение экспериментальных данных двух кластеров 93
4.2 Сопоставление экспериментальных данных ПРИЗМА-32 с данными установок экспериментального комплекса НЕВОД: СКТ-ЧДВ 93
4.3. Определение числа заряженных частиц в эн-детекторе 98
4.4. Обработка данных установки 103
4.4.1. Корреляция между энерговыделением и числом зарегистрированных нейтронов 103
4.4.2. Зависимость среднего числа зарегистрированных нейтронов в событии от числа сработавших детекторов 105
4.4.3. Временные распределения регистрации нейтронов ШАЛ 106
4.5. Примеры регистрации событий с наибольшим энерговыделением от прохождения ШАЛ как по электромагнитной, так и нейтронной компонентам. 109
4.6. Выводы к Главе 4 115
Заключение 116
Список литературы
- Выбор корпуса эн-детектора
- Результаты регистрации нейтронов в ШАЛ, полученные на опытном образце установки
- Установка для изучения фонового потока тепловых нейтронов "Нейтрон"
- Определение числа заряженных частиц в эн-детекторе
Выбор корпуса эн-детектора
Для регистрации нейтронов в работе [19] использовалась дюралевая конструкция стандартного детектора прямоугольного типа, разработанного ИЯИ РАН для жидкостных сцинтилляционных детекторов площадью 0.5 кв. м. Но такая конструкция не является оптимальной из-за плохой эффективности светосбора, поскольку она была предназначена для жидкостных сцинтилляторов.
В качестве экспериментального образца в данной работе были использованы стандартные ШАЛовские детекторы для пластических сцинтилляторов пирамидальной формы с площадью основания в один квадратный метр. Пластический сцинтиллятор в данном детекторе был заменен на специализированный неорганический сцинтиллятор для регистрации тепловых нейтронов ZnS(Ag)+6l_iF. Принципиальная конструкция детектора показана на рисунке 1.4.
Сцинтиллятор находится в основании диффузора, выполненного в виде усеченной четырехгранной пирамиды, в вершине которой расположен фотоэлектронный умножитель (ФЭУ-200). Внутренняя поверхность диффузора покрыта белой краской с высоким коэффициентом диффузного отражения ( 95%). Рисунок 1.4. Конструкция нейтронного детектора. 1 - ФЭУ-200; 2 -сцинтиллятор ZnS(Ag)+6LiF; 3 - светозащитный корпус детектора; 4 светоотражающее покрытие.
В ходе проведенных работ было собрано восемь таких детекторов, которые в дальнейшем стали основой опытного образца установки для регистрации нейтронной компоненты ШАЛ, а затем частью создаваемой установки (четыре детектора); еще четыре детектора нашли свое применение в установке для исследования вариаций тепловых нейтронов вблизи поверхности Земли (установка "Нейтрон"). На пирамидальных детекторах были разработаны и опробованы методы регистрации фоновых тепловых нейтронов и нейтронной компоненты ШАЛ; полученные результаты опубликованы в работах [51, 54].
В связи с тем, что для создания установки по регистрации нейтронной компоненты ШАЛ требуется несколько десятков эн-детекторов, изготовление конструкции пирамидальной формы оказалось неоправданно дорого. Поэтому была проведена работа по разработке конструкции нового корпуса для эн-детектора с более низкой ценой, но с похожими показателями. Наиболее подходящим вариантом представлялось использование в качестве корпуса для детектора стандартных цилиндрических полиэтиленовых баков для воды черного цвета.
Для изучения возможности использования таких корпусов для детекторов была проведена оценка эффективности светосбора с использованием моделирования Монте-Карло при различных коэффициентах отражения света от внутренней поверхности [30]. Были рассмотрены следующие геометрии детекторов: пирамидальная (тестовый образец детектора); коническая; цилиндрическая.
Результаты моделирования (рисунок 1.5) показали, что цилиндрическая геометрия имеет малую эффективность светосбора, поэтому вариант с использованием цилиндрической геометрии был исключен. Два оставшихся варианта показали похожие результаты: лучшую эффективность светосбора показала пирамидальная геометрия, а однородность -коническая.
В итоге, учитывая близкие показатели конической и пирамидальной геометрий и значительно более низкую стоимость создания конической конструкции, в качестве корпуса для детектора был выбран вариант с конической конструкцией. За основу корпуса для детектора был взят предложенный ранее полиэтиленовый бак, в который устанавливается конический светоотражающий диффузор.
Для выбора наиболее подходящего корпуса было испытано два образца пластиковых бочек разных размеров и производителей. Оба образца черного цвета и, по данным производителя, являются непрозрачными к свету. Первый образец объемом 500 литров (ЭВЛ-500) и размерами высота 960 диаметр 900 мм, диаметр горловины 350 мм, показан на рисуноке 1.6. Стенки данного образца выполнены по двухслойной технологии (внутренний слой белый, внешний черный). К сожалению, этот образец оказался светопроницаемым и при проведении испытаний он дополнительно светоизолировался. Также выяснилось, что перемещение и работа с такими габаритами вызывают дополнительные трудности, такие как: сложность в перемещении из-за больших габаритных размеров; трудности монтажа при размещении сцинтиллятора на дно бочки. Единственным достоинством данного образца является большая площадь основания, которую можно пократь сцинтиллятором.
Второй образец, объемом 200 литров (ATV-200) и размерами: высота 570, диаметр 740 мм, диаметр горловины 350 мм, представлена на рисуноке 1.7. К его достоинствам можно отнести: полную светонепроницаемость, легкость монтажа внутри бочки (до дна можно достать рукой), возможность легкого перемещения (бочка проходит в двери стандартного размера), возможность перемещения такой бочки одним человеком. В результате проведенных исследований, несмотря на меньшую площадь основания, был выбран второй образец бочки (объемом 200 л).
Для изучения влияния пластика (толщина стенок бочки 8 мм) на эффективность регистрации нейтронов проведено моделирование зависимости эффективности регистрации от толщины пластика (рисунок 1.8). Моделирование показало, что наличие полиэтилена увеличивает эффективность регистрации нейтронов по сравнению с открытым сцинтиллятором, за счет дополнительной термализации надтепловых нейтронов при прохождении через стенки детектора. Таким образом, использование пластиковых корпусов для детектора нейтронов делает этот детектор более чувствительным к надтепловым нейтронам, в то время как старые детекторы пирамидальной конструкции, сделанные из стали толщиной 1 мм, снижали чувствительность на 2% за счет захвата нейтронов в железе.
Результаты регистрации нейтронов в ШАЛ, полученные на опытном образце установки
Одно из требований к АЦП, сформулированных в результате экспериментов на опытном образце установки, заключалось в наличии нескольких параллельных каналов частотой не менее 20 МГц с возможностью запуска от внешнего и программного триггера. Для выбора подходящего АЦП был проведен анализ доступных в свободной продаже стандартных АЦП.
Для оцифровки аналогового сигнала был выбран четырехканальный АЦП (PCI-9810) фирмы ADLINK, которые устанавливаются в компьютерный порт PCI. Ниже представлен внешний вид АЦП (рисунок 2.4) и его основные характеристики.
Основные характеристики АЦП PCI-9810: Многофункциональный адаптер PCI, 4SE каналов АЦП, FIFO, 3DI, таймер. Каналов аналогового ввода: 4, с общим проводом: 4. Диапазоны входного сигнала: биполярного, по напряжению: -5...+5,-1...+1 В. АЦП: 4 независимых ADS800; разрядность: 10 бит. Режимы запуска: встроенный генератор; программный. Коммутатор: сканирование каналов программное. Максимальная частота сканирования (разные каналы): 20 МГц. Буфер памяти: объем 64 кб. Режимы передачи данных: программный, по прерыванию, по каналу ПДП. Тактовая частота: 20 МГц. Режим запуска: Опрос, прерывание, ПДП. Режимы передачи данных: программный, по прерыванию, по каналу ПДП. Разъемы BNC. Питание: Напряжение питания: +5В, +З.ЗВ. Ток потребления: +5В: 1400 мА. Программное обеспечение: DOS утилита для проверки и калибровки, библиотеки и драйверы под MS DOS, Widows 95/98/NT, LabVIEW. Условия эксплуатации: температура 0...+50 С; влажность 5...95 %. Размеры: длина 173 мм; ширина: 108 мм [41].
Дискриминатор-интегратор-усилитель (ДИУ) Для минимизации загрузки АЦП шумовой полосой используется дискриминатор, который также проводит интегрирование и усиление зарегистрированного импульса (ДИУ). ДИУ устанавливается на корпусе эн-детектора, что позволяет уменьшить потери сигнала на длинной линии (30 м) и повышает помехоустойчивость установки. Схема и фото ДИУ представлена на рисунка 2.5 и 2.6. Импульсы интегрируются с постоянным временем 1 мкс. В ДИУ также реализована возможность изменения постоянной интегрирования с помощью перемычек от 1 до 10 мкс.
Проведена проверка всех ДИУ, которая включала в себя проверку разброса коэффициента усиления и проверку линейности усилителя в заданном диапазоне (от 0 мВ до 1000 мВ, интервал оцифровки сигнала). Для проверки ДИУ использовался стенд (рисунок 2.7), состоящий из: источника питания, генератора сигналов, осциллографа. На вход ДИУ подается импульс длительностью 50 не, который приближен к реальному сигналу от эн-детектора.
Для примера приводятся результаты проверки линейности и разброса коэффициента усиления для четырех ДИУ. На рисунке 2.8 представлена зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала. Из рисунка видно, что в требуемом диапазоне от 0 мВ до 1000 мВ все ДИУ имеют линейную зависимость.
Внешний вид предусилителя. Для проверки линейности предусилителя использовался такой же стенд, как и для проверки дискриминатора-инегратора-усилителя. На генераторе задавался сигнал с параметрами, имитирующими отклик от прохождения заряженных частиц длительностью 100 не и частотой 10 кГц. На рисунке 2.11 представлена зависимость выходной амплитуды от амплитуды на входе предусилителя.
Исследование линейности показало, что усилители линейны в требуемом диапазоне амплитуд до 1000 мВ. Из проведенных исследований линейности усилителей методом фитирования были получены коэффициенты усиления каждого из предусилителей. Коэффициенты усиления представлены в таблице 2.2. Расхождение коэффициентов усиления составило не более 5%.
Для минимизации загрузки АЦП в схеме подключения каждого кластера установки ПРИЗМА-32 используется триггерный блок (ТБ) или схема отбора событий. Данная схема в зависимости от задачи может вырабатывать сигнал запуска (TTL) для АЦП:
В установке ПРИЗМА-32 используется сигнал запуска типа 1: при срабатывании двух любых детекторов + запуск от любого детектора с пересчетом 1/16. Данная схема позволяет минимизировать загрузку процессора компьютера ("мертвое время"), затрачиваемую на считывание и обработку данных с АЦП, не теряя при этом события ШАЛ (срабатывание 2 детекторов) и мониторные спектры и темпы счета всех детекторов (с пересчетом на 16). Мониторные спектры и темпы счета регистрируемых частиц дают возможность контролировать работу установки и получать данные о потоке фоновых нейтронов.
Регистрация события в системах, входящих в триггерную систему (ТС) НЕВОД, происходит менее чем за 1 мкс, а время, необходимое для сохранения события, существенно меньше времени сбора нейтронов в ПРИЗМА-32 (20 миллисекунд). Сохранять данные ПРИЗМА-32 одновременно в одном месте с другими установками нерационально, так как это существенно увеличит общее мертвое время. Для получения совместных данных с установками НЕВОД используется триггер типа 2 (при срабатывании как минимум двух любых детекторов), который подается в триггерную систему НЕВОДа (около 500 событий в сутки), при этом либо осуществляется опрос всех входящих в НЕВОД систем, либо, при срабатывании ЧВД+СКТ+ДЕКОР, ставится метка о наличии данных ПРИЗМА для данного события (рис. 2.12). При наличии такой метки ЦВМ НЕВОД при сохранении события формирует информационный пакет, который рассылается по сети и принимается на пункте сбора информации ПРИЗМА. Пакет содержит краткую информацию о событии, в том числе номер набора (RUN), номер события, его время по ЦВМ НЕВОД, а также некоторые качественные данные.
Таким образом, данные о совместной работе установок хранятся раздельно, но имеют связующие метки, которые позволяют вести обработку данных в off-line режиме. Для последующей обработки данных было написано программное обеспечение, определяющее временную сдвижку между ЦВМ НЕВОД и ПРИЗМА и «сшивающее» их данные.
Поскольку установку для регистрации нейтронной компоненты ШАЛ планировалось разместить в здании, в котором расположен большой поглотитель нейтронов (водный бассейн размером 26м 9м 9м), был проведен эксперимент по изучению его возможного вклада в регистрацию тепловых нейтронов. Для изучения влияния бассейна на результаты измерений тепловых нейтронов были проведены измерения рядом и над бассейном внутри здания с использованием портативного детектора. За начальную точку принята внутренняя сторона стены здания, бассейн начинается на расстоянии 190 см от этой стены.
Установка для изучения фонового потока тепловых нейтронов "Нейтрон"
Для исследований темпа счета нейтронов на разных высотах вблизи поверхности земли был разработан портативный детектор. Схематическое изображение портативного детектора показано на рисунке 3.16. За основу при разработке был взят плоский светонепроницаемый корпус размером 625x268x95 мм, выполненный из стали.
Портативный счетчик тепловых нейтронов. 1- ФЭУ-85 с делителем, 2- световоды, 3- основание, на котором находится лист сцинтиллятора. В отличие от стационарного детектора, в переносном счетчике для сбора света используются световоды (рисунок 3.17). Их применение необходимо, так как фотокатод ФЭУ и листы сцинтиллятора находятся в перпендикулярных плоскостях. Световоды закреплены неподвижно и расположены таким образом, чтобы равномерно покрывать площадь сцинтиллятора. С одной стороной концы световодов находятся в оптическом контакте с фотокатодом ФЭУ (ФЭУ-85), а с другой заклеены отражающей пленкой с коэффициентом отражения, близким к 100%. Расстояние от световодов до сцинтиллятора составляет 1,5 см. В данном счетчике применены световоды реечного типа шириной 1-2 см, толщиной 5 мм и общей эффективной площадью 0,015 м2. Сцинтиллятор применяется такой же, как и в эн-детекторе. Вся внутренняя поверхность детектора покрыта материалом с высоким коэффициентом светоотражения.
Рисунок 3.17. Световоды внутри счетчика. Проведенные измерения темпа счета тепловых нейтронов на разных высотах вблизи поверхности Земли показали, что в подвальном помещении ( 4 м ниже уровня грунта) он в три-четыре раза меньше, чем на уровне четвертого этажа ( 10.5 м). Помимо данных, полученных на портативном детекторе, приводятся результаты нескольких измерений, полученных на эн-детекторе пирамидальной конструкции. При сопоставлении данных, полученных разными детекторами, темп счета пересчитывается в концентрацию тепловых нейтронов с учетом площади и эффективности детекторов. Полученные результаты на разных высотах (от - 4 до 10.5 м) показали согласие в пределах погрешности с данными больших детекторов (рисунок 3.18).
Наклон кривой (градиент концентрации тепловых нейтронов) для больших детекторов составил dC/dh « 1.27-10"4 м"4. Из рисунка следует, что должна наблюдаться диффузия тепловых нейтронов сверху вниз. В одномерном случае диффузия газов описывается следующим соотношением: J = -D(dC/dh), где J есть плотность диффузного потока, a D - коэффициент диффузии. Взяв для оценки в качестве J поток, измеренный вблизи границы раздела двух сред: грунт - воздух и равный (после поправки на эффективность регистрации) J = 2.53 м"2с"1, а также определенный выше градиент, находим коэффициент диффузии тепловых нейтронов из воздуха в грунт: D = -J/(dC/dh) -2.0 04 м2с"1.
В нейтронной физике величина D называется диффузионной постоянной, a d = DIv коэффициентом диффузии. Поскольку D = vA/З, где v - средняя скорость движения (2200 м/с для тепловых нейтронов), а X длина свободного пробега в воздухе, то ее можно также определить: Л = 3D/v « 27 м. Это несколько меньше величины, вычисляемой по известным сечениям рассеяния и поглощения нейтронов в стандартном воздухе ( 32 м). Тем не менее, эта оценка свидетельствует о самосогласованности полученных данных. Для того, чтобы ответить на вопрос, до каких высот может наблюдаться рост концентрации тепловых нейтронов, необходимо оценить длину диффузии L = 4dX. Подставив числовые значения, получаем L « 16 м. Таким образом, можно ожидать, что на высотах h » L, т. е. выше 100 м над поверхностью Земли градиент концентрации нейтронов должен исчезнуть. 3.3. Выводы к Главе 3
На установке "Нейтрон" проведен длительный непрерывный эксперимент, в ходе которого получены данные по долговременным вариациям темпа счета тепловых нейтронов вблизи поверхности Земли. Проведен анализ данных работы установки и изучено влияние метеопараметров на темп счета тепловых нейтронов за 2011 - 2012 года.
Показано, что наибольшее влияние на темп счета фонового потока тепловых нейтронов вблизи поверхности Земли оказывает атмосферное давление, поскольку регистрируемые нейтроны в большей своей части (60-80%) рождаются в результате взаимодействий космических лучей с атмосферой. Данный вклад для вариационных задач можно свести к минимуму путем введения поправки на барометрический коэффициент.
Экспериментальным путем показано, что при изучении вариаций фонового потока тепловых нейтронов нужно также учитывать температуру окружающей среды, когда детектор находится на открытом пространстве. В случае, когда детектор находится в здании, влияние уличной температуры минимально (рисунок 3.9), и при поддержании постоянной температуры внутри помещения влиянием температуры можно пренебречь. Следует отметить, что влияние температурной волны на фоновые условия установки ПРИЗМА-32 ничтожно, по причине того, что установка находится в зоне поддержания постоянной температуры.
Эффект снежного покрова может достигать 20 % и его следует учитывать при анализе данных по регистрации нейтронов ШАЛ, но, поскольку в установке ПРИЗМА-32 непрерывно контролируется фон случайных совпадений нейтронов с помощью программного триггера МО, то эта задача решается автоматически.
Особое внимание следует уделять только тем периодам, когда происходит выпадение осадков в виде дождя или снега, поскольку вода является хорошим термализатором для нейтронов.
Определение числа заряженных частиц в эн-детекторе
Как видно из рисунка, полученная зависимость в двойном логарифмическом масштабе хорошо фитируется прямой. Это означает, что зависимость имеет степенной вид. Похожая зависимость была также получена и ранее на опытном образце создаваемой установки. Показатель степени определяется тангенсом наклона прямой и равен 0.85 ± 0.02. Это хорошо согласуется с ожидаемым показателем для роста числа «ядерно-активных» частиц в адронном каскаде вблизи ствола, что, в свою очередь, свидетельствует о корректности измерительной процедуры, разработанной и реализованной на установке для регистрации нейтронной компоненты ШАЛ. Среднее значение числа зарегистрированных нейтронов 1000 на 32 детектора соответствует энерговыделению от 106 частиц. Полученный результат показывает возможность использования данных по числу нейтронов для прямой оценки энергии ШАЛ.
Для исследования взаимосвязи между числом сработавших детекторов и числом зарегистрированных нейтронов построена зависимость среднего числа зарегистрированных нейтронов п от числа сработавших детекторов т (рисунок 4.13). Как видно, зависимость близка к экспоненциальной с изменением наклона в области т = 16. Изменение наклона можно объяснить различиями в размещении кластеров установки (первые 16 детекторов имеют более плотную структуру, а детекторы 17-32 установлены вокруг бассейна НЕВОД). Если создавать установку с равномерным расположением детекторов, наклон экспоненты меняться не должен. Следует отметить, что похожая зависимость уже получалась ранее на опытном образце из пяти детекторов [40, 51], естественно, параметры экспоненты были другими из-за малого числа детекторов. Еще одним важным выводом из данного распределения является то, что установка данного типа начинает, по-видимому, корректно работать даже при малой кратности детекторов m 3.
Одним из наиболее интересных результатов, полученных на установке по регистрации нейтронной компоненты ШАЛ (ПРИЗМА-32), является временное распределение тепловых нейтронов в ШАЛ (рисунок 4.14). При обработке использовались данные, полученные с двух кластеров за период 2012-2013 г. Шаг по временной шкале составляет 0.1 мс.
Полученное распределение можно профитировать двойной экспоненциальной функцией y(t) = Аі ехр(-Мї) + A2 exp(/t2) + уо- Следует отметить, что полученные результаты по временному распределению нейтронов в ШАЛ очень близки к измерениям, полученным на опытных образцах созданной установки [53,54], а также качественно близки к расчету временных распределений нейтронов от первичных протонов и ядер железа [55].
Полученные параметры функции ti = 0.49 ± 0.01 мс и t2 = 3.44 ± 0.2 мс можно объяснить следующим образом. Первый параметр (ti) связан со средним временем жизни нейтронов, выходящих из-под детектора, т. е. локально рожденных. Время жизни тепловых нейтронов до захвата в среде типа стандартного грунта, сухого бетона, кирпича и других обычных строительных материалов составляет около 1 мс. Кроме того, время замедления нейтронов в такой среде равно примерно 0.5 мс. В воде, как известно, время замедления равно около 13 мкс, а время жизни равно 0.213 мс. Поскольку детекторы расположены в непосредственной близости от водного бассейна установки НЕВОД, то измеренное в эксперименте время «светимости» грунта после прохождения ШАЛ, оказалось примерно в 2 раза меньше 1 мс. Следует предположить, что часть регистрируемых нейтронов быстро замедляется в воде и выходит из нее с меньшим временем после прохождения ШАЛ, а наблюдаемая величина есть некое усредненное по площади установки время жизни тепловых нейтронов в указанных средах.
Второй параметр (t2) связан с временем жизни тепловых нейтронов в воздухе (атмосферные нейтроны). Однако, поскольку установка расположена внутри здания, то регистрация этой компоненты подавлена. В то же время существует влияние потолка и стен здания, в которых также рождаются нейтроны при прохождении ШАЛ. Высота потолка над установкой составляет 7 м, а соответствующее время пролета по вертикали со скоростью 2200 м/с равно 3.2 мс, поэтому логично предположить, что измеренная величина t2 = 3.44 мс, соответствует именно этому процессу.
Для более детального исследования временное распределение тепловых нейтронов в ШАЛ построено для каждого кластера отдельно (рисунок 4.15). Полученные распределения также описываются двойной экспоненциальной функцией, но параметры для каждой из них немного отличаются. Это объясняется тем, что кластеры имеют различную структуру расположения детекторов. Первый кластер представляет собой прямоугольник с расставленными в нем детекторами с шагом 2.5 на 5 м, а второй расположен вокруг бассейна вдоль стены здания экспериментального комплекса (см. главу 2). Поэтому у второго кластера первый параметр несколько меньше из-за влияния близко расположенного водного бассейна и стен здания (расстояние до стен меньше, чем до потолка).
Полученные распределения показали, что нейтроны в ШАЛ можно разделить на две группы: рожденные локально и вдали от установки "атмосферные". К сожалению, основной вклад в "атмосферные" нейтроны в созданной установке вносит бетонное перекрытие (крыша здания), но это никоим образом не влияет на ценность полученных результатов.
В дальнейшем предполагается вынести установку на крышу здания и повторить эти измерения с целью оценки времени жизни атмосферных нейтронов до их захвата в воздухе (проект УРАН - Установка для Регистрации Атмосферных Нейтронов). Вышеприведенные параметры измерены на уровне моря и внутри здания; на больших высотах над уровнем моря, а также вдали от воды и при отсутствии толстой крыши их значения могут быть другими. Следует отметить, что оптимальным расположением для данного типа установок является размещение детекторов на поверхности Земли и желательно вдали от водородосодержащих веществ.
Рассмотрим примеры зарегистрированных событий с максимальным числом нейтронов и большим энерговыделением от электромагнитной компоненты. В качестве дополнения к данным, полученным на установке ПРИЗМА-32, приводятся отклики на те же самые события других установок, расположенных в экспериментальном комплексе НЕВОД (СКТ, ЧДВ). Для данных событий показано ориентировочное положения оси и примерный расчет энергии ШАЛ по данным электромагнитной компоненты, полученным на эн-детекторах (расчет проведен с использованием стандартных методов восстановления оси и энергии ШАЛ для сцинтилляционных детекторов по НКГ-функции).
Приводятся два самых мощных события, зарегистрированных во время работы установки, с числом зарегистрированных нейтронов 2033 (рисунки 4.16 - 4.19) и с числом нейтронов 2429 (рисунки 4.20 - 4.21). Для иллюстрации данных событий приводится схематическое расположение детекторов установки ПРИЗМА-32, где представлены данные по числу частиц (первое значение) и числу зарегистрированных нейтронов (второе значение) для каждого детектора. На проекции события установок НЕВОД кругами отображаются сработавшие ФЭУ в ЧВД НЕВОД, с градацией цвета в зависимости от амплитуды; прямоугольниками сработавшие СКТ с градацией цвета в зависимости от амплитуды. Для первого события (рис. 4.16-4.19) в центре рисунка приведены 3D проекции (слева по электромагнитной компоненте, справа по нейтронной) и представлены осциллограммы (20000 точек) для второго кластера.
