Результаты выполнения летной научной программы «НУКЛОН» на космическом аппарате «Ресурс-П» 2 ( запуск осуществлен 28 декабря 2014 года. Включение КНА Летные испытания Начало космического эксперимента с марта 2015) (пункт 1.1. повестки дня заседания Совета РАН по космосу 12 ноября 2015 г.) Докладчик – к.ф.-м.н. Подорожный Д.М., НИИЯФ МГУ (АО «РКЦ «Прогресс», г. Самара)

Задачи эксперимента НУКЛОН Основная - экспериментальное изучение потока космических лучей в области энергий 10^12-10^15 эВ, с поэлементным зарядовым разрешением Дополнительная – выделение из состава космических лучей спектра электронов (позитронов), определение их энергетического спектра в области энергий ГэВ. Задачи эксперимента НУКЛОН Основная - экспериментальное изучение потока космических лучей в области энергий 10^12-10^15 эВ, с поэлементным зарядовым разрешением Дополнительная – выделение из состава космических лучей спектра электронов (позитронов), определение их энергетического спектра в области энергий ГэВ.

Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В.Скобельцына МГУ, г. Москва Объединенный институт ядерных исследований г. Дубна, МО. ФГУП «КБ «Арсенал» им. М.В.Фрунзе, г. Санкт-Петербург ФГУП «Научно-производственное объединение Автоматики имени академика Н.А. Семихатова», г. Екатеринбург ЗАО Научно-исследовательский институт материаловедения, г. Зеленоград ЗАО Научно-производственное предприятие «САИТ», г. Зеленоград Аппаратура НУКЛОН

Гермоконтейнер КНА НУКЛОН Масса ГК ~360 kg Энергопотребление ~160 Вт Суточный объем ТМ ~10 ГБ

maestro.pdf

Основными параметрами космических лучей являются тип частицы и величина ее кинетической энергии. На сегодняшний день единственный способ построения универсального спектрометра – это изобретенная в 50-х годах в НИИЯФ МГУ методика ионизационного калориметра. Это надежная и достаточно хорошо изученная методика, но она имеет один существенный недостаток – потребность большого количества плотного вещества. Это требование становится критическим по массе при орбитальных экспериментах по изучению КЛ с энергиями >10^12 эВ. Для продолжения исследований минимальными ресурсами в НИИЯФ МГУ предложен новый методический подход для исследования КЛ высоких энергий, главное преимущество которого - отсутствие массивного поглотителя для развития каскада. Эта методика КЛЕМ (Kinematic Light weight Energy Meter), основана, фактически, на измерении множественности в первых взаимодействиях падающей частицы, и позволяет за счет использования новейшей детекторной и электронной базы измерять энергию частиц до 10^15 эВ при незначительной массе установки (отношение апертура/масса приблизительно на порядок выше, чем у традиционного калориметра)

Научная аппаратура НУКЛОН В состав научной аппаратуры входят четыре основные системы: - система измерения заряда первичной частиц (или фиксации его отсутствия) – четыре слоя подовых кремниевых детекторов (1); - система измерения заряда – графитовая мишень (2) и шесть тонких (~2 мм) слоев вольфрама, над каждым из которых расположен слой микростриповых кремниевых детекторов (3); - сцинтилляционная система быстрого триггера, шесть слоев сцинтилляторов (4); -вольфрамово-кремниевый малый ионизационный калориметр (МИК), предназначенный для полетной калибровки КЛЕМ и выделения электромагнитной компоненты (высокоэнергичных электронов) из состава КЛ - шесть 8 мм слоев вольфрама, над каждым из которых расположен слой микростриповых) кремниевых детекторов (5). Всего независимых датчиков с индивидуальными каналами регистрации

Из электронных каналов адресных устройств КНА НУКЛОН, постоянно не работают 63 канала, что составляет около 0.6% общего числа каналов и не влияет на работу КНА.

Измерения энергии КЛ Две методики измерения энергии КЛ: КЛЕМ основанная на измерении пространственной плотности вторичных частиц, рожденных в первом акте неупругого взаимодействия и начала ядерно- электромагнитного каскада. Комбинация кинематических методов и ультра тонкого калориметра Ионизационный калориметр толщиной ~16 каскадных единиц, который имеет ~25% апертуры спектрометра КЛЕМ. Основная задача – контроль функционирования новой методики КЛЕМ, и, если потребуется, осуществление полетной калибровки, выделение из состава космических лучей спектра электронов. Корреляция двух методов Предварительно! Среднее отношение Е клем/ Е ик ~0.82 Коэффициент корреляции ~0.87

Измерения заряда КЛ Система измерения заряда представлена 4096 кремниевыми подами размером 1.5x1.5 см (по 1024 в одном слое). Динамический диапазон ~1000 mip. Перекрытие в каждом слое ~98%, для 4 слоев ~100%. Предварительно: зарядовое разрешение составляет ~0.3 зарядовые единицы Распределения получены по упрощенной методике, поэтому имеются резервы для улучшения зарядового разрешения, вплоть до значений, полученных при калибровке – 0.2. Эти резервы связаны с уточнением алгоритмов реконструкции оси ливня, вычитания пьедесталов электронных каналов, улучшениями динамической калибровки усиления и общей оптимизации алгоритмов обработки...

Первые результаты Очень предварительно!!!

Все ядра

Протоны

Ядра He

Ядра C

Ядра О

Ядра Fe

Отношение потоков ядер P/He

Выводы. Осуществлен успешный запуск КА «Ресурс –П» 2 с комплексом научной аппаратуры (КНА) НУКЛОН в качестве дополнительной полезной нагрузки КНА НУКЛОН прошел летные испытания в полном объеме с положительным результатом. Все системы КНА функционируют в штатном режиме. С марта 2015 г. начат космический эксперимент. За полгода штатной работы аппаратурой НУКЛОН собран банк событий КЛ с энергией более 1 ТэВ объемом, сопоставимым с общим объемом полученным за предыдущие 50 лет исследований в данной области. Предварительный анализ полученных данных: - дает указание на неоднородность в энергетическом спектре всех частиц в области десятков ТэВ; - указание, что энергетические спектры основных компонент КЛ имеют сложную структуру в области более 10 ТэВ/частица; -наблюдается устойчивое падение интенсивности потока протонов, по отношению к потоку ядер Не во всем исследованном энергетическом диапазоне. Исходя из исключительной научной актуальности космического эксперимента НУКЛОН необходимо: - Продолжить набор статистического материала, срок активного существования КА и КНА позволяет увеличить статистику, как минимум, на порядок; - Совершенствовать методы обработки полученного материала, включая альтернативные методы моделирования.