В.А. Рябов Физический институт им.П.Н. Лебедева РАН Результаты на установке Гроза. - презентация

1 В.А. Рябов Физический институт им.П.Н. Лебедева РАН Результаты на установке Гроза

2 Тянь-Шанская высокогорная станция ВЫСОТА НАД УРОВНЕМ МОРЯ – 3340 м. ГЛУБИНА АТМОСФЕРЫ – 690 г/см 2 РАСПОЛОЖЕНА В 43 км ОТ г. АЛМАТЫ РАСПОЛОЖЕНА В 43 км ОТ г. АЛМАТЫ

3 Установка Гроза Грозовые облака проходят на высоте станции, так что детекторы измерительных установок оказываются непосредственно внутри грозового облака. Пункты регистрации излучений размещены на различных высотах (в пределах 3,4 – 4 км над уровнем моря). Это позволило получить профили распределения излучений внутри облаков не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях. Пункты регистрации излучений размещены на различных высотах (в пределах 3,4 – 4 км над уровнем моря). Это позволило получить профили распределения излучений внутри облаков не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях.

4 Пробой на убегающих электронах Пробой на убегающих электронах связан с генерацией вторичных электронов ионизации, которые непрерывно ускоряются полем и по смыслу называются убегающими. Хотя основная масса вторичных электронов имеет малые энергии, могут рождаться и электроны с достаточно большой энергией, превышающей критическое значение. Такие электроны становятся убегающими, ускоряются полем и, в свою очередь, при ионизации среды генерируют частицы с энергией выше критической. В результате появляется экспоненциально нарастающая лавина убегающих электронов с энергиями. Пробой на убегающих электронах связан с генерацией вторичных электронов ионизации, которые непрерывно ускоряются полем и по смыслу называются убегающими. Хотя основная масса вторичных электронов имеет малые энергии, могут рождаться и электроны с достаточно большой энергией, превышающей критическое значение. Такие электроны становятся убегающими, ускоряются полем и, в свою очередь, при ионизации среды генерируют частицы с энергией выше критической. В результате появляется экспоненциально нарастающая лавина убегающих электронов с энергиями. Быстрые затравочные электроны эффективно генерируются космическими лучами. Поэтому в грозовых облаках при достижении электрическим полем критического значения пробой на убегающих электронах вполне возможен. Быстрые затравочные электроны эффективно генерируются космическими лучами. Поэтому в грозовых облаках при достижении электрическим полем критического значения пробой на убегающих электронах вполне возможен.

5 Задачи экспериментального исследования пробоя на убегающих электронах Что необходимо измерять в грозовой атмосфере? Что необходимо измерять в грозовой атмосфере? Быстрые электроны (E > 20 – 30 кэВ) Быстрые электроны (E > 20 – 30 кэВ) Гамма- излучение Гамма- излучение Радиоизлучение Радиоизлучение Корреляции импульсов гамма и радиоизлучения с прохождением ШАЛ Корреляции импульсов гамма и радиоизлучения с прохождением ШАЛ Корреляции гамма и радиоизлучения с потоком космических лучей и грозовым электрическим полем Корреляции гамма и радиоизлучения с потоком космических лучей и грозовым электрическим полем

6 ДЕТЕКТОРНЫЙ КОМПЛЕКС > Радио- регистрирующий комплекс Радио- регистрирующий комплекс Система сцинтилляционных детекторов гамма- излучения Система сцинтилляционных детекторов гамма- излучения Многослойные спектрометры полного поглощения Многослойные спектрометры полного поглощения Установка для регистрации широких атмосферных ливней Установка для регистрации широких атмосферных ливней Радио- регистрирующий комплекс Радио- регистрирующий комплекс Система сцинтилляционных детекторов гамма- излучения Система сцинтилляционных детекторов гамма- излучения Многослойные спектрометры полного поглощения Многослойные спектрометры полного поглощения Установка для регистрации широких атмосферных ливней Установка для регистрации широких атмосферных ливней

7 ДЕТЕКТОРНЫЙ КОМПЛЕКС >

8 Радио- регистрирующий комплекс Диапазон частот : 0,1 – 30 МГц, Усиление: 5 – 40 дВ, АЦП: 14 бит, Максимальная скорость оцифровки – 60 МГц

9 Радиоизлучение молнии

10 Результаты исследования радиоизлучения молнии Результаты исследования радиоизлучения молнии

11 Радио- регистрирующий комплекс Измерение электрического и СВЧ- поля во время гроз Медленное E-поле Быстрое E-поле Диапазон 50 кВ/м ± 600 В/м Чувствительность 20 В/м 0,5 В/м Временное разрешение 0,1 с 50 мс/50 мкс

12 Скачки электрического поля во время грозы

13 Система сцинтилляционных детекторов гамма-излучения 16 NaI детекторов 16 NaI детекторов диаметр кристалла мм диаметр кристалла мм толщина кристалла мм толщина кристалла мм диапазон энергий гамма-квантов 15 кэВ – 2 МэВ диапазон энергий гамма-квантов 15 кэВ – 2 МэВ пороги регистрации 30, 60 и 240 кэВ пороги регистрации 30, 60 и 240 кэВ измерения с временным разрешением 200 мкс, 1 с, 10 с. измерения с временным разрешением 200 мкс, 1 с, 10 с.

14 Установка для регистрации широких атмосферных ливней

15 Комплексное изучение грозового разряда Одновременная регистрация гамма- излучения, радиоизлучения, ШАЛ. Одновременная регистрация гамма- излучения, радиоизлучения, ШАЛ. Все системы работают с высоким временным разрешением. Все системы работают с высоким временным разрешением. Общая длительность регистрации события составляет 0,8 сек Общая длительность регистрации события составляет 0,8 сек с разрешением 200 мкс. с разрешением 200 мкс.

16 Длительные всплески гамма- излучения. Корреляции с радиоизлучением Событие для триггера ШАЛ, в котором наблюдалось как радио- так и гамма-излучение, хорошо коррелирующие между собой.

17 Длительные всплески гамма- излучения Такими вспышками сопровождаются не менее 80% событий, зарегистрированных во время грозы с триггером от скачка поля или электромагнитным триггером. Такими вспышками сопровождаются не менее 80% событий, зарегистрированных во время грозы с триггером от скачка поля или электромагнитным триггером. Следовательно, имеет место ярко выраженная корреляция электрического разряда в грозовой атмосфере с всплесками гамма-излучения. Следовательно, имеет место ярко выраженная корреляция электрического разряда в грозовой атмосфере с всплесками гамма-излучения. Это подтверждается наблюдением хорошей временной корреляции гамма- и радиоизлучения. Это подтверждается наблюдением хорошей временной корреляции гамма- и радиоизлучения.

18 Межоблачный разряд (ПУЭ – ШАЛ)

19 Наблюдались очень сильные импульсы гамма излучения, которые виды одновременно с триггером ШАЛ во всех наблюдательных пунктах. Наблюдались очень сильные импульсы гамма излучения, которые виды одновременно с триггером ШАЛ во всех наблюдательных пунктах. Наблюдались очень сильные импульсы радиоизлучения, точно совпадающие с моментом триггера ШАЛ. Это означает, что прохождение ШАЛ через грозовое облако сопровождалось сильным электрическим разрядом. Наблюдались очень сильные импульсы радиоизлучения, точно совпадающие с моментом триггера ШАЛ. Это означает, что прохождение ШАЛ через грозовое облако сопровождалось сильным электрическим разрядом. Рассмотренные события свидетельствуют о прямом наблюдении ПУЭ-ШАЛ разряда. Это явление впервые зарегистрировано в эксперименте. Рассмотренные события свидетельствуют о прямом наблюдении ПУЭ-ШАЛ разряда. Это явление впервые зарегистрировано в эксперименте.

20 Влияние космических лучей и пробоя на убегающих электронах на грозовые разряды Развитие активной фазы грозового разряда – предварительный пробой, инициация лидера, движение лидера вплоть до момента возвратного удара – полностью диктуется процессом собирания электрического заряда с облаков. В нашем исследовании обнаружено, что этот процесс сопровождается мощными коррелированными потоками гамма и радиоизлучения, создаваемыми пробоем на убегающих электронах. Развитие активной фазы грозового разряда – предварительный пробой, инициация лидера, движение лидера вплоть до момента возвратного удара – полностью диктуется процессом собирания электрического заряда с облаков. В нашем исследовании обнаружено, что этот процесс сопровождается мощными коррелированными потоками гамма и радиоизлучения, создаваемыми пробоем на убегающих электронах. Это позволяет утверждать, что именно пробой на убегающих электронах, инициируемый космическими лучами, является основным движущим механизмом грозового разряда. Это позволяет утверждать, что именно пробой на убегающих электронах, инициируемый космическими лучами, является основным движущим механизмом грозового разряда.

21 Гуревич А.В., Караштин А.Н., Рябов В.А., Чубенко А.П., Щепетов А.Л. // Нелинейные явления в ионосферной плазме. Влияние космических лучей и пробоя на убегающих электронах на грозовые разряды // Успехи физических наук 2009, том 179, 7, стр. 779 – 790; Гуревич А.В., Караштин А.Н., Рябов В.А., Чубенко А.П., Щепетов А.Л. // Нелинейные явления в ионосферной плазме. Влияние космических лучей и пробоя на убегающих электронах на грозовые разряды // Успехи физических наук 2009, том 179, 7, стр. 779 – 790; Chubenko A.P., Karashtin A.N., Ryabov V.A., Shepetov A.L., Antonova V.P., Kryukov S.V., Mitko G.G., Naumov A.S., Pavljuchenko L.V., Ptitsyn M.O., Shalamova S.Ya., Shlyugaev Yu.V., Vildanova L.I., Zybin K.P., Gurevich A.V.// Energy spectrum of lightning gamma emission // Physics Letters A 2009, v.373, pp.2953 – 2958; Chubenko A.P., Karashtin A.N., Ryabov V.A., Shepetov A.L., Antonova V.P., Kryukov S.V., Mitko G.G., Naumov A.S., Pavljuchenko L.V., Ptitsyn M.O., Shalamova S.Ya., Shlyugaev Yu.V., Vildanova L.I., Zybin K.P., Gurevich A.V.// Energy spectrum of lightning gamma emission // Physics Letters A 2009, v.373, pp.2953 – 2958; Gurevich A.V., Mitko G.G., Antonova V.P., Chubenko A.P., Karashtin A.N., Kryukov S.V., Naumov A.S., Pavljuchenko L.V., Ptitsyn M.O., Ryabov V.A., Shalamova S.Ya., Shepetov A.L., Shlyugaev Yu.V., Vildanova L.I., Zybin K.P. // An introcloud discharge caused by extensive atmospheric shower // Physics Letters A 2009, v.373, pp.3550 – Gurevich A.V., Mitko G.G., Antonova V.P., Chubenko A.P., Karashtin A.N., Kryukov S.V., Naumov A.S., Pavljuchenko L.V., Ptitsyn M.O., Ryabov V.A., Shalamova S.Ya., Shepetov A.L., Shlyugaev Yu.V., Vildanova L.I., Zybin K.P. // An introcloud discharge caused by extensive atmospheric shower // Physics Letters A 2009, v.373, pp.3550 – Статьи, опубликованные в 2009 году