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) - презентация

1 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)

2 Орбитальная лаборатория космических лучей высоких энергий ОЛВЭ

3 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

4 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

5 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.

6 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.

7 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

8 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.

9 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.

10 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»

11 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

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

13 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

14 СКЛ Критическая проблема: Механизм ускорения и его локализация

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

16 ??? 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

17 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).

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

19 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.

20 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).

21 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

22 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

23 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

24 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.

25 Спасибо за внимание