Секция «Физика космических лучей» НИР- ы Заседание Совета РАН по космосу 3 июля 2014 г. Докладчик д.ф.-м.н. М.И. Панасюк (п.2.7 повестки дня)

Орбитальная лаборатория космических лучей высоких энергий ОЛВЭ

10*14 – 10*17 eV Ехtragalactic acceleratorsGalactic accelerators HFe Flux 10*21 10*10 GZK All particles E~ Z Energy The critical problems of cosmic rays physics

10*14 – 10*17 eV Galactic accelerators HFe Flux 10*21 10*10 All particles E~ Z Energy The critical problems of cosmic rays physics

Поток космических лучей (м 2 ср год) (>E) Чтобы вести измерения в области за «коленом», требуется фактор экспозиции >1000 м 2 ср год Основные задачи: измерение химического состава и энергетического спектра адронной компоненты в области «колена» и детальное изучение спектра электронов в связи с поиском темной материи.

ОЛВЭ: Обсерватория лучей высоких энергий (ОЛВЭ) - орбитальный комплекс для изучения космического излучения высоких энергий. Предварительные предложения по космическому комплексу. Cоздание тяжелого спутника с беспрецедентно высокой массой научной аппаратуры (10-12 т). В случае размещения на орбите ионизационного калориметра с такой массой появляется возможность решения многих актуальных астрофизических задач. Беспрецедентно высокий фактор экспозиции ( м 2 ср год, в зависимости от компонент КЛ), что позволит решить актуальные научные задачи астрофизики космических лучей высоких энергий. Основные задачи: измерение химического состава и энергетического спектра адронной компоненты в области «колена» и детальное изучение спектра электронов в связи с поиском темной материи.

Новыми подходами в прямых исследованиях космических лучей высоких энергий, рассматриваемыми в настоящем проекте, являются использование прибора нового типа, весьма перспективного для дальнейших экспериментов в различных направлениях астрофизических исследований космических лучей, а именно – ионизационно-нейтронного калориметра; измерение энергии ядерно-электромагнитных каскадов (ЯЭК) с помощью двух методов: по тепловым нейтронам, генерируемым в тяжелом приборе, и по ионизационному сигналу от каскада выделение электромагнитных частиц (γ,e±) из фона от каскадов от протонов и ядер, используя счет тепловых нейтронов 4π геометрия (возможность регистрации первичной частицы независимо от направления её прихода) переменная слоистая (легкое в-во + тяжелое в-во + …) структура для обеспечения а) нейтронной генерации, б) электромагнитного и ядерного каскадного развития

Возможная компоновка ОЛВЭ. Суммарный геометрический фактор м 2 ср при массе калориметра (без приборного отсека) т Снаружи кремниевые падовые детекторы заряда. Внутри шестигранный вольфрамовый ионизационно-нейтронный калориметр. Ионизация регистрируется сцинтилляционными детекторами, свет собирается на ФЭУ с помощью световодов. Внизу приборный отсек.

Основные выводы При массе т мелкосекционированный калориметр на низкой околоземной орбите способен обеспечить геометрический фактор м 2 ср для электронов и 9-15 м 2 ср для протонов (в зависимости от требуемой точности энергетических измерений). Время эксплуатации комплекса ОЛВЭ должно составить не менее 5 лет. Тяжелый калориметр позволит детально измерить химический состав и энергетический спектр адронной компоненты космических лучей в области «колена» вплоть до эВ, а также исследовать тонкую структуру спектра электронов.

НИР НИИЯФ МГУ, Москва ИЯИ РАН, Москва ФИ РАН, Москва ОИЯИ, Дубна НЕЙТРОНИЙ:«Научный комплекс на поверхности Луны (НЕЙТРОНИЙ) для изучения космических лучей сверхвысоких энергий»

Определение энергии космических лучей по трем компонентам альбедо от каскадов в лунном грунте Радио Энергетическая зависимость выхода нейтронов и радиосигнала Параметры трека восстанавливаются по распределению гамма-квантов Нейтроны Нейтроны альбедо из каскадов в лунном грунте Гамма - кванты альбедо из каскадов в лунном грунте Альбедо радиоизлучения каскадов из каскадов в лунном грунте

В состав установки входят кремниевые детекторы заряда, сцинтилляционные детекторы и радиоантенны. Установка состоит из отдельных модулей.

Общие выводы по НИР НЕЙТРОНИЙ Математическое моделирование позволило оценить возможности восстановления энергии по трем компонентам альбедо. Точность определения энергии по каждой отдельной компоненте альбедо составляет %. Проведен анализ корреляций между измерениями независимых компонент. Из предварительных результатов следует возможность значительного уменьшения ошибки в энергетических измерениях при одновременной регистрации трех компонент до ~50%. Конструкция установки должна включать в себя кремниевые падовые детекторы заряда, сцинтилляционные детекторы обратного тока и плоские антенны для регистрации радиоизлучения. Основные выводы

СКЛ Критическая проблема: Механизм ускорения и его локализация

Cпектр электромагнитных волн и ТГц провал. эквивалентная температура излучения частотой 1 ТГц составляет ~ 48 К

??? 1 ГГц Тгц частота известная область микроволнового излучения 2. новые данные о субмиллиметровом излучении (~ 200 и 400 Ггц; SST) 3. неисследованная Тгц-область излучения Спектр радиоизлучения солнечных вспышек

СОЛНЦЕ – ТЕРАГЕРЦ Разрабатываемый комплекс аппаратуры позволит изучить пространственно-временные свойства неисследованного ранее солнечного терагерцового излучения (т.н. терагерцового провала; ~1011–1013 Гц ), как спокойного Солнца, так и его активных проявлений (солнечных вспышек, выбросов корональной массы, и т.д.). Это даст возможность изучить природу обнаруженной недавно 2-х компонентной структуры вспышечного радиоизлучения. Первая из них соответствует хорошо известному микроволновому спектру с максимумом потока на частотах несколько десятков ГГц, а 2-я компонента, не наблюдавшаяся ранее, отчетливо демонстрирует значительный рост потоков излучения с ростом частоты в области ~ ГГц и выше. Кроме того, в этом диапазоне обнаружены пульсации потоков радиоизлучения с характерными временами от нескольких минут до десятых долей секунды. Измерения в указанном диапазоне частот возможны только за пределами земной атмосферы, где отсутствует поглощение терагерцового излучения. Прототип составной части солнечного терагерцового детектора проекта Солнце-Терагерц. В настоящее время проводится исследование пригодности ячеек Голея для целей проекта Солнце- Терагерц. Ячейка Голея-оптоакустический преобразователь-является одним из наиболее эффективных детекторов терагерцового излучения (не охлаждаемый, без криогенных систем).

НИР «ТАЯ-ГЛОБ». Проблема транзиентных световых явлений в верхней атмосфере Земли

1. Обнаружено различие в географическом распределении ТАЯ с различным числом излучаемых фотонов в ультрафиолете (длины волн нм). Географическое распределение «ярких» УФ вспышек («Татьяна- 2») Географическое распределение «слабых» УФ вспышек («Татьяна-2»). Яркие вспышки распределены так, как распределены молнии – сконцентрированы в районах над материками вблизи экватора. Слабые по интенсивности вспышки наблюдаются и на средних широтах.

Географическое распределение вспышек вне серий. Географическое распределение вспышек в составе серий. 2. Детектор УФ вспышек на борту спутника Татьяна-2 позволил выделить события «серий» вспышек, происходящих каждую минуту полета вдоль меридиана. Географическое распределение вспышек в составе серий и вне их резко отличается. Серии вспышек происходят, в основном, в области грозовых образований. Вместе с тем, сами вспышки не всегда коррелируют с молниями (следующий слайд).

Основная цель НИР Изучение спектральной структуры излучения различных типов ТАЯ при высоком временном разрешении. - разделение источников радиации по высоте можно проводить по спектру излучения. - временные характеристики вспышки являются важным признаком природы источника вспышки

Результаты работы в 2013 году 1)Предложены и проработаны принципиальные схемы трех вариантов спектральных приборов ТАЯ, включая оптические и электрические схемы: 1)На основе детектора «КЛПВЭ», добавлением спектрометрических ячеек; 2)Спектрометр с пространственным и спектральным разрешением на 128 каналов (ПЧС-128); 3)Спектрометр на основе MEMS зеркал; 2)Проработаны возможные оптические схемы детекторов ТАЯ Зеркало-1 – сканер изображения объекта Зеркало-2 – сканер спектра «КЛПВЭ» ПЧС-128 MEMS спектрометр

Результаты работы в 2013 году 3) Рассмотрены варианты широкоапертурных детекторов ТАЯ: 1)По типу «камеры обскура» 2)Широкоапертурный детектор с линзовой оптикой «Камера обскура» Широкоапертурный детектор с линзовой оптикой

Задачи НИР ТАЯ-ГЛОБ на 2014/2015 Разработка концепции космического эксперимента (комплекса приборов) «ТАЯ» по исследованию транзиентных атмосферных явлений для реализации на борту МКА. Разработка технических решений в части электронных и оптических систем спектрометрических приборов с высоким временным и пространственным разрешением для экспериментов по исследованию транзиентных атмосферных явлений. Лабораторное моделирование электронных и оптических систем спектрометрических приборов для исследования транзиентных атмосферных явлений.

Спасибо за внимание