Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
ЯНЧУКОВСКИЙ ВАЛЕРИЙ ЛЕОНИДОВИЧ
ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых 25.00.29 - физика атмосферы и гидросферы
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
НОВОСИБИРСК 2008
Работа выполнена в Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука и Геофизической службе Сибирского отделения Российской академии наук.
Официальные оппоненты:
доктор физико-математических наук, академик РАН Крымский Гермоген Филиппович доктор физико-математических наук, профессор Базилевская Галина Александровна доктор физико-математических наук Плоткин Валерий Викторович
Ведущая организация: Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской академии наук (ИЗМИРАН, г. Москва)
Защита состоится 14 ноября 2008 г. в 10 час. на заседании диссертационного совета Д 003. 068. 03 в Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, в конференц - зале.
Адрес: пр-т Ак. Коптюга, 3, Новосибирск-90, 6300
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИНГГ СО РАН
Автореферат разослан л июля 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета канд. геол. -мин. наук Неведрова Н.Н.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Объектом исследования являются геофизические эффекты космических лучей (КЛ), возникающие в результате модуляции потока КЛ в околоземном космическом пространстве, в магнитосфере и атмосфере Земли, а также методы их экспериментальных исследований.
Актуальность проблемы. Экспериментальное и теоретическое изучение механизмов взаимодействия солнечного ветра (СВ) с околоземным космическим пространством в период спорадических возрастаний солнечной активности является важнейшим направлением солнечно-земной физики и геофизики. Спорадическими процессами на Солнце, сопровождающимися выбросами в межпланетное пространство высокоскоростной плазмы СВ, электромагнитным излучением в широком диапазоне частот и генерацией частиц в широком диапазоне энергий, обусловлены возмущения в межпланетном пространстве, магнитосфере и атмосфере Земли. Изучение спорадических явлений необходимо для решения как фундаментальных задач, связанных с передачей энергии СВ в оболочки Земли, накоплением и освобождением энергии, так и для разработки методов мониторинга в обеспечении прогнозов явлений в атмосфере и околоземном Космосе (космическая погода). Большое значение в этом аспекте имеют исследования вариаций космических лучей (КЛ) галактического и солнечного происхождения, так как они реагируют на процессы в космическом пространстве, в магнитосфере и атмосфере Земли. Эта реакция обусловлена взаимодействием КЛ с магнитными полями и веществом, наполняющем пространство. Указанные процессы взаимодействия приводят к изменениям интенсивности, энергетического спектра, ядерного состава и пространственного распределения КЛ.
Космические лучи, играя определяющую роль в ионизации воздуха на высотах менее 25км атмосферы, создают проводимость, обеспечивающую работу глобальной токовой электрической цепи. В связи с этим результаты наземного мониторинга КЛ в широком энергетическом диапазоне могут быть непосредственно привлечены при интерпретации данных электромагнитных зондирований Земли.
Геофизические эффекты КЛ представляют собой реакцию потока КЛ на процессы в магнитосфере и атмосфере Земли. К сожалению, ряд вопросов геофизического аспекта КЛ решен недостаточно полно.
Совершенно недостаточно изучены атмосферные эффекты КЛ в различных энергетических интервалах вторичных компонент КЛ. До сих пор не проверено экспериментально теоретически рассчитанное распределение температурных коэффициентов мюонной компоненты КЛ в атмосфере.
Одним из важных факторов, характеризующих связь первичных и вторичных КЛ, являются коэффициенты связи и интегральные атмосферные кратности генерации вторичных компонент КЛ. Однако они известны только для интегральной интенсивности вторичных компонент КЛ.
Результаты КЛ-мониторинга параметров магнитосферных токовых систем возмущений могут быть использованы при электромагнитном зондировании литосферы и мантии Земли.
При исследовании процессов, происходящих в межпланетном пространстве, магнитосфере и атмосфере Земли, с помощью КЛ кроме наземных методов используются также ракеты, спутники и космические аппараты. К сожалению, эти измерения эпизодичны и локализованы в пространстве. Поэтому наземные методы исследований модуляционных эффектов КЛ являются определяющими. Однако станции КЛ наземной сети не позволяют получать информацию о вариациях КЛ в различных областях энергий.
Для решения проблемы, связанной с диагностикой состояния внешних оболочек Земли, с помощью КЛ наряду с теоретическими исследованиями крайне необходимо широкое использование экспериментальных методов исследований и методов численного моделирования. При изучении модуляционных эффектов КЛ обязательна непрерывная регистрация интенсивности вторичных компонент КЛ с различных направлений, в различных областях энергий и применение специальных методов обработки данных.
Представленная работа посвящена решению перечисленных вопросов и, в силу их фундаментальной и практической значимости, является актуальной.
Цель исследований - повышение достоверности результатов и увеличение полноты извлечения информации из модуляции потока космических лучей путем создания многоканального наблюдательного комплекса, разработки механизмов связей потока КЛ с процессами в атмосфере и магнитосфере, количественной интерпретации данных наблюдений КЛ с широким использованием методов численного анализа модуляции потока КЛ. На основе геофизических эффектов КЛ, метода коэффициентов связи реализовать мониторинг параметров энергетического спектра вариаций первичных КЛ, изменений жесткости геомагнитного обрезания, давления и температуры атмосферы по данным наземных наблюдений КЛ в одном пункте.
Задачи исследований:
1. Создать многоканальный наблюдательный комплекс КЛ в различных энергетических интервалах. Комплекс должен обеспечить систему уравнений вариаций соответствующим числом независимых каналов синхронной регистрации интенсивности КЛ.
2. Установить механизмы связей атмосферных вариаций интенсивности КЛ в различных интервалах энергий с параметрами первичного спектра КЛ, жесткостью геомагнитного обрезания, давлением и температурой атмосферы.
3. Найти атмосферные кратности генерации частиц и коэффициенты связи для различных интервалов энергий вторичных КЛ с помощью теоретических расчетов и экспериментально по результатам исследований геомагнитных эффектов (исходя из широтной зависимости интенсивности КЛ в различных энергетических интервалах).
4. Реализовать мониторинг параметров энергетического спектра вариаций КЛ в межпланетном пространстве, изменений жесткости геомагнитного обрезания (для определения параметров магнитосферных токовых систем в период спорадических возмущений), изменений давления и температуры атмосферы на базе данных регистрации КЛ в одном пункте.
Фактический материал, методы исследований, аппаратура.
Основой решения поставленной проблемы являются теория взаимодействия и теория модуляции КЛ, метод коэффициентов связи и спектрографический метод исследования вариаций КЛ. Разработка способов и аппаратуры выполнена с использованием математического моделирования, эксперимента, численных методов.
При проведении разработок, положенных в основу системы многоканальной регистрации КЛ, использованы в качестве исходных материалы, которые были получены экспериментально с помощью стационарных и полевых установок регистрации КЛ. Для изучения атмосферного и широтного эффекта КЛ автором выполнен мониторинг интенсивности КЛ в различных энергетических интервалах. При этом использовались монитор-телескоп кубической геометрии, нейтронный монитор МГГ, монитор NM-64, детектор со счетчиками ионизующей компоненты СГМ-14.
При проведении высотного мониторинга КЛ (и анализе полученных данных) в районе Саянского высокогорного спектрографа КЛ ИСЗФ СО РАН автором использованы материалы наблюдений стационарных станций спектрографа, которые принимались за базовые, а при высотных измерениях в Заилийском Алатау - данные высокогорной (3400 м) станции КЛ Алма-Ата.
В эксперименте по широтному эффекту КЛ привлечены данные станций КЛ сети: Тикси, Якутск, М.Шмидта, Норильск, Иркутск, Новосибирск, Хабаровск, Алма-Ата, Ташкент.
Для исследования вариаций КЛ создана база данных, которая содержит результаты непрерывных наблюдений в Новосибирске за интенсивностью нейтронной компоненты КЛ с 1971 года и результаты многоканальной регистрации КЛ с 1984 года.
Использовалась совокупность экспериментальных методов:
- в процессе высотных и широтных измерений осуществлялась сверка стационарных и передвижных станций КЛ;
- между сверками (калибровками) контроль стабильности эффективности мобильной станции осуществлялся по отношениям показаний нескольких идентичных независимых счетчиков, входящих в детектор (датчик) станции;
- с помощью регулирования продолжительности измерений в пунктах задавался уровень значимости и веса в точках измерений;
- временные вариации КЛ в период высотных и широтных измерений учитывались по данным непрерывных наблюдений станций КЛ сети;
- достоверность результатов при исследовании вариаций КЛ, прежде всего, обусловлена кондицией используемых данных станций КЛ сети;
- верификация результатов теоретических расчетов проводилась путем их сопоставления с данными эксперимента;
- с целью повышения качества (статистической точности и надежности) данных системы многоканальной регистрации КЛ предусмотрена избыточность, информационная и функциональная, использованы технические средства диагностики (в том числе тестирование и применение имитаторов), а также специальные алгоритмы контроля качества данных;
- комплекс регистрации КЛ организован в виде четырех разнесенных идентичных секций с соблюдением условий их независимости, что повысило точность регистрации КЛ и обеспечило непрерывный контроль стабильности эффективности комплекса (в условиях отсутствия возможности контроля с помощью эталонных источников излучений), вычисления мгновенных значений эффективности и факторов нормировки данных;
- анализ полученных данных непрерывных наблюдений выполнен спектрографическим методом с привлечением методов обработки экспериментальных данных: фильтрации, интерполяции данных, скользящего среднего, метода синхронного накопления, корреляционного, наименьших квадратов. Относительные ошибки искомых параметров также оценивались методом численного моделирования.
Защищаемые научные результаты:
1. Многоканальный наблюдательный комплекс КЛ в различных энергетических интервалах широкой области энергий первичных КЛ, включающий спектрограф КЛ на эффекте локальной генерации нейтронов и матричный мюонный телескоп, созданный на базе оригинальных методов измерений и позволяющий получать информацию о модуляции потока КЛ в диапазоне энергий КЛ от 3 до 200 ГэВ (научное обоснование, разработка способов и аппаратуры, оценка параметров системы).
2. Установленная с помощью численных методов анализа экспериментальных данных и модельных расчетов связь атмосферных вариаций КЛ с параметрами первичного спектра вариаций КЛ, изменениями жесткости геомагнитного обрезания, давлением и температурой атмосферы дает более полное представление об атмосферных эффектах в широком интервале энергий КЛ.
3. Результаты исследований геомагнитных эффектов КЛ:
- широтная зависимость интенсивности нейтронной компоненты в различных энергетических интервалах;
- коэффициенты связи и атмосферные кратности генерации нейтронной компоненты КЛ в различных энергетических интервалах;
- коэффициенты связи общей ионизующей и мюонной компонент КЛ для зенитных углов 0, 30, 40, 50, 60, 67 и 710.
4. Мониторинг параметров спектра первичных вариаций КЛ, изменений жесткости геомагнитного обрезания, параметров атмосферы в период спорадических возмущений в межпланетной среде и магнитосфере Земли на базе данных наземных наблюдений КЛ в одном пункте. На основании полученных результатов находятся изменения давления и среднемассовой температуры атмосферы, осуществляется диагностика температурного режима атмосферы, делается оценка магнитосферных токовых систем в период спорадических возмущений.
Новизна работы. Личный вклад.
1. Впервые создан многоканальный наблюдательный комплекс космических лучей, обеспечивающий получение информации о вариациях интенсивности КЛ в различных энергетических интервалах (мониторинг КЛ) одним прибором. Его создание базируется на совокупности оригинальных решений:
- исходя из временного распределения генетически связанных нейтронов в мониторе КЛ, полученного экспериментально, разработаны адаптивный способ и устройство выделения информации о множественности нейтронов локальной генерации; при этом использован новый способ селекции сигналов по плотности их следования;
- на основании проведенных экспериментов и расчетов пороговых и средних энергий нуклонов в атмосфере, вызывающих образование различных множественностей (кратностей) нейтронов в мониторе КЛ, обоснован и построен спектрограф вариаций интенсивности КЛ, основанный на эффекте локальной генерации нейтронов;
- разработан, экспериментально и теоретически обоснован способ управления коэффициентами связи спектрографа вариаций интенсивности КЛ на локальной генерации нейтронов с помощью одного параметра;
- на основании результатов проведенных экспериментальных исследований и модельных расчетов больших газоразрядных счетчиков частиц в пропорциональном режиме построен телескоп КЛ с большой эффективной площадью сбора частиц;
- впервые предложен и реализован матричный способ организации системы телескопов КЛ, обеспечивающий широкий набор направлений регистрации мюонной компоненты КЛ, достижение высокой статистической точности регистрации; сокращение просчетов и случайных совпадений до величин, которые практически можно не учитывать.
2. Установлена связь атмосферных вариаций интенсивности КЛ в различных интервалах энергий с параметрами первичного спектра КЛ, жесткостью геомагнитного обрезания, давлением и температурой атмосферы:
- дано объяснение высотной зависимости барометрического эффекта нейтронной компоненты;
- показано, что наблюдаемые 11-летние вариации барометрического коэффициента нейтронной компоненты обусловлены изменениями показателя степенного спектра КЛ и жесткости геомагнитного обрезания;
- впервые экспериментально найдены плотности температурных коэффициентов интенсивности мюонов в атмосфере под различными углами к зениту;
- показана и реализована возможность диагностики температурного режима атмосферы по данным КЛ.
3. Из экспериментальных данных по широтному эффекту:
- получены широтные зависимости для нуклонной компоненты в различных энергетических интервалах;
- рассчитаны коэффициенты связи и интегральные атмосферные кратности генерации нейтронной компоненты в различных энергетических интервалах;
Методом пробного детектора, в качестве которого использован нейтронный монитор с регистрацией множественности нейтронов локальной генерации, экспериментально найдены энергетические диаграммы мюонных телескопов.
4. Результатами анализа событий в КЛ (декабрь 1978г., июль 1982г., апрель-май 1984г., сентябрь 1989г., март-ноябрь 1991г., ноябрь 2004г.) и данных непрерывной регистрации (1985-2005гг.) доказана состоятельность спектрографического метода на основе многоканальной регистрации КЛ в одном пункте. Он позволил впервые по наблюдениям в одном пункте находить величины: первичной вариации КЛ, геомагнитной и атмосферной составляющих вариаций КЛ; проводить оценку изменений параметров первичного спектра КЛ, жесткости геомагнитного обрезания, параметров атмосферы..
Из результатов анализа вариаций КЛ впервые находятся изменения атмосферного давления, среднемассовой температуры атмосферы и температур на изобарах от 900 до 50мб.
По данным об изменении жесткости геомагнитного обрезания и данным о Dst-вариации сделаны оценки параметров токовых систем возмущений в рамках модели нитевидного кольцевого тока и тока распределенного на сфере.
ичный вклад автора является определяющим при постановке рассмотренных задач, разработке способов их решения, анализе данных и интерпретации полученных результатов. Под руководством и при непосредственном участии автора впервые в Новосибирске организованы в 1968 году непрерывные наблюдения за вариациями КЛ;
разработана и сдана в работу в 1977 году полярная станция КЛ на М.Шмидта; создан и пущен в эксплуатацию многоканальный наблюдательный комплекс КЛ; разработан полевой вариант станции КЛ, выполнены высотные и широтные измерения интенсивности КЛ в различных энергетических интервалах.
Научная и практическая значимость. Создан многоканальной наблюдательный комплекс КЛ, который обеспечил получение новой качественной информации. В комплексе автоматически решается вопрос контроля относительной эффективности каналов регистрации КЛ и полностью снимается проблема синхронизации наблюдений, так как получение информации о вариациях интенсивности КЛ в различных областях энергий обеспечивается не приборами, разнесенными по высоте или широте, либо разными типами приборов, как прежде, а одним прибором. При этом не требуется ни дополнительных рабочих площадей, ни массы дорогостоящего свинца, а станция КЛ превращается в спектрограф вариаций интенсивности КЛ, который позволяет получать информацию в разных энергетических интервалах широкой области энергий от единиц до 200 ГэВ.
Установленные связи атмосферных вариаций КЛ с параметрами энергетического спектра КЛ, жесткостью геомагнитного обрезания, давления и температуры атмосферы позволили не только корректно учитывать вклад атмосферной составляющей вариаций КЛ, но и по данным наблюдений КЛ определять параметры атмосферы.
По результатам исследований геомагнитных эффектов КЛ определены атмосферные кратности генерации и полярные коэффициенты связи для нуклонной компоненты в различных энергетических интервалах, которые дают возможность находить коэффициенты связи для любого пункта наблюдений КЛ, а при использовании метода пробного детектора для других приборов.
Проведен мониторинг параметров энергетического спектра вариаций первичных КЛ, изменений жесткости геомагнитного обрезания, изменений давления и температуры атмосферы по данным наземных наблюдений с помощью многоканального комплекса КЛ.
Изменения жесткости геомагнитного обрезания позволили провести оценку параметров магнитосферных токовых систем в период спорадических возмущений.
Многоканальные наблюдения КЛ, основанные на множественной локальной генерации нейтронов и синхронной регистрации мюонов с различных азимутальных направлений под различными углами к зениту, расширяют возможности анализа временных вариаций КЛ.
Разрешающая способность метода, в основном, определяется характеристиками используемых каналов регистрации: с одной стороны, разносом коэффициентов связи и, с другой - статистической точностью регистрации интенсивности в каналах. Уменьшение темпа счета в каналах с увеличением энергии регистрируемого излучения обусловлено падающим степенным спектром КЛ. Многоканальные наблюдения позволяют при анализе событий проводить выбор оптимального соотношения между необходимым разносом коэффициентов связи и достаточной статистической точностью регистрации.
Апробация работы Основные результаты диссертации докладывались: на 16-ой, 17-ой, 18-ой, 24-ой, 25-ой, 26-ой Международных конференциях по космическим лучам (Киото, 1979;
Париж, 1981; Бангалор, 1983; Рим, 1995; Дурбан, 1997; Солт-Лэйк Сити, 1999); на 18-ой, 24-ой, 25-ой, 26-ой, 28-ой, 29-ой отечественных конференциях по космическим лучам (Якутск, 1984; Москва, 1996, 1998; Дубна, 2000; Москва, 2004; Москва, 2006); на Всесоюзном совещании Долгосрочное прогнозирование гидрометеорологических условий (Новосибирск, 1985); на Совещании рабочей группы по солнечно-земным связям (Оттава, 1992); The Second Soltip Symposium (Накаминато, 1994); на 8-ой Научной Ассамблеи IAGA, IACMA, STP (Упсала, 1997); на YII Симпозиуме по солнечно-земной физике (Троицк, 1998); на II Международном симпозиуме Активный геофизический мониторинг литосферы Земли (Новосибирск, 2005); на Симпозиуме Гелиогеофизические факторы и здоровье человека (Новосибирск, 2005); на Всероссийской конференции Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности (Троицк, 2005); на YIII Всероссийской конференции Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф (Кемерово, 2005); на Международной конференции Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании (Павлодар, 2006); на Всероссийской конференции Современные проблемы космической физики (Якутск, 2007).
По теме диссертации опубликовано 46 работ. Из них статей - 28, в том числе в рецензируемых отечественных и зарубежных изданиях и журналах - 19 (издательство Наука - 5; ж. Известия РАН. Серия физическая - 6; ж. Геомагнетизм и аэрономия - 4; ж.
Астрономический вестник - 1; ж. Solar-System Research - 1;
авторских свидетельств - 2); материалов конференций - 15.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 244 наименований. Полный объем диссертации 267 страницы, включая 87 рисунков и 16 таблиц.
Благодарности. На продолжении многих лет автор постоянно ощущал поддержку коллег из Института геофизики СО РАН, Института солнечно-земной физики СО РАН, Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН, Института космофизических исследований и аэрономии СО РАН и выражает им благодарность.
Автор считает своим долгом выразить особую благодарность Э.Э Фотиади, Н.Н. Пузыреву, В.Н. Гайскому (фактическим организаторам Комплексной геофизической обсерватории), С.В. Крылову, Н.Д.
Жалковскому, К.А. Лебедеву за поддержку на этапе становления и дальнейшего расширения работ, связанных с исследованием модуляционных эффектов космических лучей в Институте геофизики СО РАН.
Автор признателен С.В. Гольдину, М.И. Эпову, В.С. Селезневу, А.Ф. Еманову за поддержку исследовательских работ и сохранение доброжелательной обстановки в геофизической обсерватории, способствующей творческому процессу.
Автор выражает благодарность своим коллегам Борисову В.Л., Красавину В.В. (ИГФ СО РАН), Чиркову Н.П., Стародубцеву А.М.
(ИКФиА СО РАН), Янчуковскому А.Л., Тергоеву В.И. (ИСЗФ СО РАН) за помощь и участие в экспериментах, связанных с высотными и широтными измерениями КЛ.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, сформулированы цель, задачи исследований, представлены основные защищаемые результаты, определены новизна и ценность работы.
Первая глава посвящена разработке методов и комплекса многоканальной регистрации вариаций интенсивности КЛ.
Раздел 1.1 посвящен вопросам, связанным с вариациями интенсивности КЛ. Рассматриваются методы извлечения информации из данных о вариациях КЛ и комплексы наземной регистрации КЛ.
Дается анализ существующих методов наземных наблюдений КЛ.
В разделе 1.2 содержатся сведения о детекторах локальной генерации нейтронов, реакции нейтронного монитора на вторичные компоненты КЛ, зависимости множественности нейтронов локальной генерации от энергии падающих частиц. Нейтронный монитор (NM64), являясь практически единственным стандартным прибором мировой сети станций КЛ, будучи чувствительным практически ко всем компонентам вторичных КЛ в большей или меньшей степени, используется для регистрации только общей интенсивности одной компоненты КЛ (нейтронной).
Раздел 1.3 посвящен разработке спектрографа вариаций интенсивности космических лучей на локальной генерации нейтронов.
Спектры (по числу частиц) множественности нейтронов локальной генерации рассмотрены для мониторов различной геометрии МГГ, NM-64 и монитора кубической геометрии с центральной свинцовой мишенью. Полученные спектры множественности нейтронов в различных мониторах КЛ имеют значительные отличия, обусловленные не только конструкцией приборов, но и способом выделения событий.В существующих устройствах регистрации множественности нейтронов в мониторе КЛ отсутствуют стартовый и стоповый сигналы, определяющие временной интервал сбора нейтронов. Получаемая при этом информация tсб имеет низкую достоверность, так как начало и конец измерения неопределенны.
Показано, что временное распределение плотности нейтронов, регистрируемых в мониторе (рис.1), позволяет определять требования к измерительным устройствам, делать оптимальный выбор времени сбора tсб нейтронов, выбирать необходимый режим измерений, определять разрешающее время устройств.
Рис.1. Временное распределение плотности нейтронов в мониторе: 1 - режим случайного запуска, 2 - режим группового запуска, 3 - режим запуска от мезонного телескопа.
(t)= A[1- exp(- t 1)]exp(- t 2), (1) где 1= 15 4 мкс, 2 = 300 10 мкс. Наблюдаемый вид распределения плотности генетически нейтронов в мониторе объяснен наличием двух одновременно протекающих процессов: 1) термолизация нейтронов в среде монитора, 2) поглощение и утечка из монитора. Для повышения статистики более высоких множественностей нейтронов следует не увеличивать, а повышать разрешающую способность tсб измерительного тракта монитора, так как с ростом множественности увеличивается плотность сигналов от регистрируемых нейтронов.
Полученное распределение плотности генетически связанных нейтронов в мониторе КЛ положено в основу способа измерений множественности нейтронов локальной генерации, когда плотность регистрируемых нейтронов используется в качестве признака достоверного обнаружения событий с различной множественностью генерации нейтронов. Это достигается тем, что сигналы о детектируемых нейтронах анализируют по плотности их следования и в зависимости от ее изменения вырабатывают стартовые и стоповые сигналы, определяющие временной интервал измерения. Способ сводится к динамическому формированию устройством времени сбора с переменной величиной, непосредственно зависящей от плотности. Он обеспечивает выделение кратных нейтронов, образованных (t) космическим излучением в свинце монитора, и позволяет обрабатывать информацию при относительно высоких скоростях счета, которые могут наблюдаться в случае больших эффективных площадей детектора либо при измерениях на больших высотах в атмосфере, а также в момент регистрации вспышек КЛ. Показано, что параметр tож (максимально допустимый временной интервал между сигналами о регистрируемых нейтронах) в данном способе определяет как величину пороговой плотности, превышающей плотность случайно распределенных независимых сигналов от одиночных фоновых нейтронов, так и величину tсб при регистрации нейтронов различной множественности n (т.е. определяет полноту сбора генетически связанных нейтронов в мониторе).
Максимально допустимое значение этого параметра определяется из соотношения просчетов кратных нейтронов и величины вклада от генетически не связанных нейтронов (случайные совпадения).
Рассматривается предложенный способ формирования стартовых сигналов (см. рисунок, на котором и 2 - верхние ряды счетчиков ионизующих частиц, 3 - монитор NM-64, 4 и 5 - нижние ряды счетчиков ионизующих частиц, 6 - функциональный блок, реализующий операции формирования стартовых сигналов). Через a,b,c, d, n обозначены сигналы от детекторов.
Стартовый сигнал (запуск 1), свидетельствующий об образовании нейтронов в мониторе 3 нейтронами вторичных КЛ, формируется в блоке 6 согласно логическому выражению.
f (n) = [(a + b)Х (cd )]n Для сбора нейтронов, образованных медленными - - мезонами, стартовый сигнал (запуск 2) образуется при выполнении логической операции f () = [(ab)Х ( ) c+d ]n. Для случая регистрации нейтронов, образованных протонами, стартовый сигнал (запуск 3) формируется в результате операции.
f (p) = [(ab)Х ( ) cd ]n Энергетическая чувствительность спектрографа на локальной генерации нейтронов находится из анализа данных непрерывных наблюдений. Множественности нейтронов локальной генерации рассматриваются как некоторый набор каналов, отличающихся энергетическими порогами. Это позволяет в расчетах исходить из положения о подобии коэффициентов связи в двойном логарифмическом масштабе. Ожидаемые коэффициенты связи для различных каналов регистрации множественности Wn(R, h) нейтронов перекрывают область жесткостей первичных частиц R от единиц до десятков ГВ. Коэффициенты связи выражены через производные экспериментально измеряемой интенсивности Nn :
1 Nn(R,tож) 1 Nn(R,tож)n(R,tож) n(R,tож) Wn(R,tож)= = Nn,tож R Nn,tож tож R tож (2) При этом отношение коэффициентов связи Wn(R,tож2) Wn(R,tож1) при разных значениях tож определяются произведением величины Nn,tож1 Nn,tож2 на отношения соответствующих производных:
n (R,tож ) R Nn(R,tож ) tож tожtож,, = = Nn(R,tож ) tож tожn (R,tож ) R tожn (R,tож ) tож tож, (3) = n (R,tож ) tож tожПроизведение сомножителей , , дает отношение значений коэффициентов связи при разных tож в точках с равными производными, т.е.
Wn(R,tож ) Wn(R,tож ).
= R R R1 RНа основании этого мы можем пользоваться положением, при котором коэффициенты связи детекторов с различными порогами и RRсвязаны соотношением:
R1 R1. (4) WR2 (R)= WR1 R R2 R2 Так как величине соответствует пороговая жесткость, а для Rtож -, то величины , , полностью определяют tож 2 Rкоэффициенты связи для, если они известны для tож 2 tож1.
Предложенный способ обеспечивает реализацию спектрографа вариаций интенсивности КЛ с управляемыми коэффициентами связи (т.е. с регулируемой энергетической чувствительностью) через один управляющий параметр.
Спектрограф на локальной генерации нейтронов рассматривается с привлечением функциональных схем устройств, их характеристик и временных диаграмм.
Раздел 1.4 посвящен разработке системы регистрации направленной интенсивности КЛ. Излагается способ комплексной синхронной регистрации вторичных компонент КЛ одним прибором.
Делается обоснованный выбор типа детектора (счетчика).
Проводится детальный анализ характеристик газоразрядных пропорциональных счетчиков частиц. Особое внимание уделено стабильности эффективности детекторов во времени. Температурная зависимость эффективности исследуется экспериментально и теоретически, оценка температурного коэффициента эффективности счетчика делается с точностью до тысячной доли процента.
Излагается матричный способ регистрации направленной интенсивности КЛ. Пропорциональный режим работы газоразрядного счетчика достигается уменьшением в нем внутреннего газового усиления. При этом разряд, возникающий в счетчике, не распространяется вдоль его нити, а локализован в месте прохождения ионизующей частицы. Линейные размеры счетчика СГМ-d L (диаметр/длина) находятся в соотношении 110. Для счетчика СГМ-141 это соотношение составляет 1/14. Если счетчики, в которых обеспечен пропорциональный режим, расположить взаимно перпендикулярно один над другим (см. рис.2) и включить их в схему совпадений, то разрешение по координате вдоль нити счетчика будет обеспечено.
Частица может УзасветитьФ одновременно оба счетчика, только пройдя в месте их пересечения. Так образуется элементарная ячейка детектирования площадью S = d. При числе счетчиков N = 2L d можно организовать матрицу детектирования из ячеек.
(L d) Рис.2. Матричный телескоп Функции шин считывания выполняют нити счетчиков (аноды), расположенные взаимно перпендикулярно и образующие координатную сетку. Размеры матриц можно менять по координатам x и y (изменением числа счетчиков), а число матриц - по координате z.
После усиления (1) осуществляется амплитудная дискриминация (2) сигналов и формирование по длительности (3). Затем они подаются в дешифратор направлений прихода частиц (4). Если обозначить сигналы с нитей счетчиков через a(x), b(y), c(x) и d(y) с учетом их взаимного расположения и ориентации, положение матричной ячейки будет определяться координатами x, y, z. При этом x и y меняются от 1 до n, а z от a до d. Тогда операцию дешифрирования можно записать в виде логического выражения. (5) I(,) = a(x + i) b( y + j) c(x + k) d(y + m) x y Здесь I(,)- направленная интенсивность КЛ, регистрируемая под углами к зениту и азимуту , а i, j, k, m - принимают значения 0, 1, 2, Е (n -1). Соотношение параметров i, j, k, m определяют величины азимутального и зенитного углов регистрации частиц КЛ.
Детектор в виде матриц позволяет на той же площади с M S счетчиками длиной L и диаметром d обеспечить направлений N регистрации (6) ML ML ! N = 2 - 2! 2d 2d При этом для каждого из направлений обеспечивается регистрация частиц в виде параллельного пучка. Вынесение на последний этап операции суммирования информации в каналах регистрации частиц с одного направления понижает темп счета в каналах на этапе Ik дешифрирования. Это позволяет резко сократить просчеты -m-Iп Ik и случайные совпадения Imc = m Ik. Здесь - разрешающее время, m - кратность совпадений. Вклад от этих эффектов при 4Х10-6 с и =4 уменьшается до величины < m 0,01 %, которую практически можно не учитывать. Операция предварительного пересчета информации после ее суммирования совмещена с регистрацией. В качестве фильтра (для разделения жесткой и мягкой компонент) используется тело нейтронного монитора (рис.3).
Рис.3. Общий вид детектора КЛ.
Диаграммы направленности комплекса приводятся для изотропного излучения и с учетом угловой зависимости интенсивности.
Энергетические диаграммы установки W( ) находятся путем усреднения коэффициентов связи для узкоугольных телескопов по диаграмме направленности для изотропного W(, ) Iиз ( ) излучения.
W( )= (, )Iиз( )d W Энергетические диаграммы установки перекрывают область энергий первичных КЛ от единиц до 200 ГэВ (рис.4).
Рис.4. Энергетические диаграммы мюонных телескопов для различных зенитных углов.
Для обеспечения достаточной надежности, возможности контроля стабильности эффективности комплекса в течение длительного времени (десятки лет), оценки достоверности получаемой информации в условиях отсутствия возможности калибровки комплекса с помощью эталонных источников излучений введена избыточность:
информационная и функциональная.
Вторая глава посвящена атмосферным эффектам КЛ.
Совершенствование методов наземного мониторинга КЛ приводит к необходимости дальнейших исследований атмосферных вариаций КЛ, которые обусловлены изменениями интегральной кратности генерации различных компонент под влиянием изменений характеристик земной атмосферы. Исследования атмосферных эффектов КЛ необходимы, с одной стороны, для оценок метеорологических поправок при анализе вариаций КЛ, а с другой, для получения информации об изменениях параметров атмосферы из данных о вариациях КЛ.
В разделе 2.1 рассматриваются результаты высотных (уровень моря - уровень гор) измерений с помощью передвижной станции КЛ, у которой в качестве датчика использовались три типа монитора:
монитор кубической геометрии с центральной свинцовой мишенью, монитор МГГ, монитор NM-64. Получены зависимости интенсивности нуклонной компоненты и спектров множественности (по числу частиц) нейтронов локальной генерации от атмосферного давления.
Наблюдаются изменения средней эффективной энергии нуклонной компоненты с изменением атмосферного давления. По корреляции регистрируемой интенсивности и атмосферного давления рассчитываются барометрические коэффициенты для общего счета монитора и различной множественности нейтронов локальной генерации для уровней моря и гор.
В разделе 2.2 на базе экспериментальных данных барометрический эффект рассматривается в зависимости от геомагнитной широты (в интервале жесткостей геомагнитного обрезания Rc = 0,4 - 16 ГВ), высоты (1020 - 790мбар), типа монитора КЛ (монитор кубической геометрии с центральной мишенью, монитор МГГ, монитор NM-64) и режимов измерений (различных значений параметра tож ). При этом используются результаты стационарных наблюдений и экспедиционных измерений (широтных и высотных), а также привлекаются данные мировой сети станций КЛ.
Исходя из анализа используемого экспериментального материала, указывается, что барометрический эффект нейтронной компоненты возрастает с ростом энергии частиц.
В разделе 2.3 рассматривается наблюдаемое возрастание барометрического эффекта с ростом энергии частиц. Превышение пробега для поглощения L над пробегом для взаимодействия обусловлено вкладом вторичных частиц. Различие между L и выражают через долю энергии сохраняющихся нуклонов :. Функция f ( ) зависит 1 L =(1- B -1) f ( ) B -от показателя степени энергетического спектра рождающихся нуклонов. Исходя из этого, ожидаемые барометрические коэффициенты для множественности нейтронов локальной генерации находятся как E2 (N ) K(n, N)100 1 - Bb lg E lg E E2 (N ) lg E (n)= E-a-b dE E-a-b dE 1,03 N E1(N ) E1(N ) Здесь K(n, N) - весовая функция, определяемая относительным вкладом нуклонов N энергетических интервалов в множественность n нейтронов локальной генерации. Для всех значений B (0,20,5) и (6085г/см2) наблюдается возрастание барометрических коэффициентов с увеличением n (см. рис.5).
Рис.5. Барометрические коэффициенты множественности нейтронов локальной генерации (слева найденные экспериментально, справа теоретически рассчитанные).
учшее согласие с экспериментальными результатами наблюдается для значений B = 0,25 и = 70 г/см2. Экспериментальный материал и выполненные расчеты для разных моделей взаимодействия показывают, что возрастание барометрического эффекта с ростом множественности нейтронов локальной генерации связано с увеличением показателя степени в спектре регистрируемого излучения с энергией.
В разделе 2.4 дается объяснение наблюдаемой зависимости барометрического коэффициента для нейтронной компоненты от атмосферного давления. При этом рассматриваются экспериментальные данные и результаты расчетов. Делается вывод, что рост показателя степенного спектра КЛ с энергией приводит к зависимости средней эффективной энергии вторичного излучения от глубины атмосферы, что отражается на пробеге поглощения и вызывает наблюдаемую зависимость барометрического эффекта от величины атмосферного давления.
В разделе 2.5 установленный ранее эффект 11- летней модуляции барометрического коэффициента нейтронной компоненты КЛ объясняется изменением параметров спектра первичных КЛ и жесткости геомагнитного обрезания с 11-летним циклом солнечной активности. Исходя из этого, проводятся расчеты, результаты которых сопоставляются с экспериментальными данными (см. рис.6).
Рис. 6. 11 - летняя модуляция барометрического коэффициента нейтронной компоненты КЛ.
В разделе 2.6, исходя из экспериментальных данных, находятся соотношения, описывающие зависимость барометрического эффекта КЛ от параметров спектра первичных КЛ, жесткости геомагнитного обрезания, атмосферного давления. Это обеспечивает учет изменений барометрического коэффициента во времени при определении атмосферной составляющей вариаций КЛ. При многоканальной регистрации вторичных компонент КЛ в различных энергетических интервалах неизвестные находятся из решения системы интегральных уравнений, описывающих вариации КЛ в n каналах системы синхронной регистрации интенсивности КЛ.
В разделе 2.7 с помощью регрессионного анализа данных непрерывных наблюдений делается оценка метеорологических коэффициентов общей ионизующей и мезонной компонент КЛ под различными углами к зениту. Находятся барометрические коэффициенты, температурные коэффициенты для приземного слоя (слоя переменной массы) и для средневзвешенной по массе температуры атмосферы, а также плотности температурных коэффициентов интенсивности мюонов в области от 950 до 50мб.
Используя полученные метеорологические коэффициенты, анализом вариаций интенсивности общей ионизующей и мюонной компонент КЛ определены изменения температуры (см. рис.7) на изобарах 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 100, 50мб (кривые 1Ц10 на рисунке) и изменения средневзвешенной по массе температуры атмосферы (кривая 11).
Рис.7. Плотности температурных коэффициентов интенсивности мюонов под различными углами к зениту и изменения температуры атмосферы на изобарах, найденные по данным о вариациях интенсивности КЛ.
Показана возможность диагностики температурного режима атмосферы по данным о вариациях интенсивности космических лучей.
Третья глава посвящена геомагнитным эффектам КЛ.
В разделе 3.1 перечислены основные задачи широтных измерений интенсивности КЛ. Передвижная станция КЛ для выполнения широтных измерений приводится в разделе 3.2. В разделе 3.излагается методика широтных измерений, методы обработки исходных данных, проводится аппроксимация полученной широтной зависимости интенсивности, делается сопоставление результатов, полученных в разное время, и их объяснение.
В разделе 3.4 по результатам широтных измерений рассчитываются коэффициенты связи нейтронной компоненты КЛ.
Функция аппроксимации зависимости интенсивности I (R ) нуклонной компоненты КЛ от величины порога жесткости геомагнитного обрезания получена в виде:
I (R)= a I0 {1- exp[- d(R + b)-c]}, (9) где - уровень плато широтной зависимости интенсивности, а Iпараметры найдены для атмосферного давления = ha, b, c, d 1013мб равными: = 1; = 1,2; = 1,0864; d = 16,0123.
a b c Рис. 8. Полюсные коэффициенты связи интегральной интенсивности нуклонной компоненты КЛ.
В разделе 3.5, используя результаты широтных измерений, проводятся расчеты интегральной атмосферной кратности генерации нуклонной компоненты КЛ (как для общей интенсивности нуклонной компоненты, так и для нуклонов в различных энергетических интервалах).
В разделе 3.6 коэффициенты связи для нуклонной компоненты в различных энергетических интервалах находятся из широтного эффекта интенсивности множественности нейтронов локальной генерации.
Рис. 9. Коэффициенты связи для общего счета монитора и множественности нейтронов локальной генерации от до n .
n Рассчитывается нормированная атмосферная кратность для нейтронной компоненты и сопоставляется с результатами, полученными ранее (рис. 10).
Наблюдается некоторое расхождение полученных результатов с результатами теоретических расчетов. Это связано с определенными трудностями, встречающимися при непосредственном решении уравнений нуклон - мезонного каскада в земной атмосфере.
Рис.10. Нормированные атмосферные кратности для монитора NM - 64, полученные в данной работе (кривая 1) и ранее (кривые 2 и соответственно).
Интенсивность, измеренная на глубине h атмосферы, строго говоря, отражает не только первичный спектр КЛ и атмосферную кратность, но и характеристики используемого прибора. В частности, нейтронный монитор чувствителен не только к нейтронам и протонам, но и к - и мезонам, хотя и в меньшей степени. Тогда атмосферную кратность следует рассматривать не только в качестве функции выхода атмосферы для данной компоненты КЛ, но и как характеристику конкретного используемого прибора. В связи с этим метод определения и m(R, h) W (R, h) по геомагнитным эффектам является более предпочтительным по сравнению с теоретическим расчетом, поскольку дает непосредственно интегральную атмосферную кратность и коэффициенты связи для данного прибора.
В разделе 3.7, исходя из результатов наблюдений, нахо-дятся энергетические диаг-раммы мюонных телескопов (рис.11) методом пробного детектора, коэффициенты свя-зи которого были получены экспериментально. В качестве такого детектора использован спектрограф на локальной генерации нейтронов.
Рис. 11. Энергетические диаграмммы мюонных телескопов для зенитных углов регистрации от 0о до 71о, полученные методом пробного детек-тора (сплошные линии) и теоретически рассчитанные (пунктир).
Четвертая глава посвящена анализу вариаций интенсивности КЛ на базе данных многоканального наблюдательного комплекса КЛ.
В разделе 4.1 рассматриваются методы решения системы уравнений вариаций интенсивности КЛ.
В разделе 4.2 анализируется Форбуш-понижение КЛ, наблюдавшееся в феврале 1978 года. Решение системы уравнений вариаций интенсивности КЛ осуществляется с применением метода минимизации функционала. Найденные значения показателя спектра Форбуш-понижения сопоставлены с результатами, полученными с использованием спутниковых данных и данных комплекса установок ИКФиА СО РАН (Якутск). Полученные результаты на-ходятся в хорошем согласии.
Профиль Форбуш-понижения КЛ по данным регистрации множественности нейтронов локальной генерации, усредненный по событиям за период 19862006гг., представлен в разделе 4.3.
В разделе 4.4 рассматриваются июльские события 1982 года на базе данных многоканальной регистра-ции КЛ.
Рис. 12. Результаты анализа возмущений в июле 19года.
Из решения системы уравнений вариаций КЛ находятся параметры спектра вариаций первичных КЛ, изменения жесткости геомагнитного обрезания. Используя полученные результаты и значения - индекса, в рамках модели Dst симметрично - ограниченной магнитосферы делается оценка параметров магнитосферных токовых систем возмущений.
Результаты многоканальной регистрации в период Форбуш - понижение 20 апреля - 4 мая 1984 года приводятся в разделе 4.5.
В разделе 4.6 по данным комплекса проводится анализ вспышки КЛ (29 сентября 1989г.) и Форбуш-эффектов в марте и октябре 1991 года.
Решение системы уравнений вариаций осуществляется с использованием метода последовательных приближений.
В разделе 4.7 излагается метод определения изменений атмосферного давления по данным о вариациях КЛ. При регистрации различной множественности нейтронов локальной генерации каналы обладают не только коэффициентами связи с достаточным разносом, но и имеют большие различия в величине барометрического коэффициента. До сих пор при анализе вариаций интенсивности КЛ рассматривалась система из восьми уравнений, решение которой проводилось относительно трех неизвестных. Это давало возможность рассматривать две составляющие вариаций интенсивности КЛ: первичную (межпланетную) и магнитосферную.
Атмосферная составляющая вариаций интенсивности ядерноактивной компоненты вторичных КЛ представляет собой барометрический эффект (т.е. обусловлена изменениями плотности атмосферы). В связи с этим рассмотрение третьей составляющей вариаций (атмосферного происхождения) обеспечивает получение информации об изменениях атмосферного давления. Поэтому при анализе используются непосредственно исходные данные наблюдений, в которые не вводились поправки на вариации атмосферных параметров. Решение осуществляется с применением набора стандартных подпрограмм, предназначенных для решения систем алгебраических уравнений. Погрешности коэффициентов матриц и левых частей и погрешности округления могут сильно искажать решение, поэтому применен метод регуляции по найденной невязке как для плохо обусловленных систем. Невязка должна быть сравнима с погрешностью экспериментальных данных эксп C C Jn - Jn, где - регулирующий коэффициент n эксп, - погрешность данных, - наблюдаемые значения, (C > 0) Jn n Jn - вычисленные значения. Сумма квадратов невязок эксп [Jn - Jn - C ] = f (, R, B, P) является функцией n n четырех переменных. Решение ищется из условия равенства первых частных производных нулю, когда вторые производные больше нуля. При анализе Форбуш-понижения в марте 1991 года вместе с параметрами спектра вариаций первичных КЛ и изменений жесткости геомагнитного обрезания впервые были определены изменения атмосферного давления. Полученные результаты сопоставлены с данными прямых измерений, наблюдается хорошее согласие.
В разделе 4.8 рассматривается событие (в ноябре 2004 года наблюдалось резкое увеличение солнечной активности), которое по своим параметрам относится к экстремальным. Такие явления называют геоэффективнными, так как они приводят к возмущениям в околоземном пространстве, магнитосфере и атмосфере Земли. При рассмотрении используются данные непрерывных наблюдений с помощью комплекса многоканальной регистрации КЛ в Новосибирске. Анализ рассмотренных выше событий (разделы 4.2 4.6) проводился путем решения системы нелинейных уравнений.
При этом использовались различные итерационные методы. Как показано, они дают не плохие результаты. При анализе данного события используется иной путь, о котором указывалось в разделе 4.1. Он заключается в приведении нелинейных уравнений к линейному виду с помощью замены неизвестных на новые, относительно которых условные уравнения становятся линейны.
В период возмущений по данным наземных наблюдений находятся межпланетные вариации интенсивности КЛ для жесткостей первичных частиц 3, 4, 5, 6, 8, 10, 16 ГВ (кривые 1-7 соответственно), изменения жесткости геомагнитного обрезания (обусловленные магнитосферными токовыми системами возмущений), изменения атмосферного давления и среднемассовой температуры атмосферы.
Рис. 13. Форбушпонижение в ноябре 2004 года.
В разделе 4.8 рассматриваются данные непрерывных наблюдений КЛ в Новосибирске за 20 лет для оценки параметров долговременной модуляции КЛ (рис.14а). Путем спектрографического анализа данных многоканальной регистрации находятся вариации первичного потока КЛ для различной жесткости частиц (рис. 14б) и изменения жесткости геомагнитного обрезания за весь период.
Рис. 14. Результаты непрерывных наблюдений КЛ в Новосибирске за лет.
Раздел 4.9 посвящен оценке относительных ошибок определения искомых параметров при анализе путем численного моделирования.
Относительные ошибки искомых параметров являются обратной функцией амплитуды рассматриваемого эффекта. Резкое увеличение ошибок наблюдается, когда амплитуда рассматриваемых вариаций интенсивности КЛ становится по порядку величины соизмеримой со статистической ошибкой исходных данных.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основным результатом работы являются выявление связей интенсивности потока космических лучей в широком диапазоне энергий с параметрами атмосферы, магнитосферы и первичного излучения и создание автоматизированного многоканального наблюдательного комплекса КЛ, направленных на повышение достоверности и увеличение полноты извлечения информации из модуляции потока КЛ.
В работе на базе оригинальных методов измерений решена задача многоканальной синхронной регистрации всех вторичных компонент КЛ одним прибором, что позволило получать информацию о модуляции потока КЛ в более широком диапазоне энергий КЛ (перекрывающем более трех порядков). Введение в автоматизированной измерительной системе избыточности, функциональной и информационной, позволяет получать более точную и достоверную информацию о модуляционных эффектах КЛ.
Результаты изучения множественной генерации нейтронов в свинце космическими лучами обеспечили создание нового типа спектрографа КЛ (на локальной генерации нейтронов). Впервые предложенная в данной работе матричная структура реализации системы мюонных телескопов позволила получить широкий набор направлений регистрации КЛ, охватывающий значительную область небесной сферы.
Результаты, полученные в работе экспериментально и путем модельных расчетов, дают более полное представление об атмосферных эффектах в широком интервале энергий КЛ. Зависимости атмосферных эффектов КЛ от параметров атмосферы и регистрируемого излучения, с одной стороны, обеспечивают более корректный учет вариаций КЛ атмосферного происхождения при анализе вариаций КЛ, а с другой, позволяют впервые получать информацию об изменениях давления, среднемассовой температуры и температуры различных слоев атмосферы по данным наземных наблюдений КЛ.
Наблюдаемый широтный эффект КЛ дал возможность экспериментально оценить коэффициенты связи не только для интегральной интенсивности нуклонной компоненты КЛ, но и для интенсивности нуклонов различных энергетических интервалов. Из геомагнитных эффектов КЛ найдены как интегральные атмосферные кратности генерации нуклонной компоненты КЛ, так и атмосферные кратности генерации нуклонов различных энергетических интервалов.
Метод пробного детектора позволил впервые экспериментально определить коэффициенты связи для интенсивности мюонов в атмосфере под различными углами к зениту.
Многоканальность непрерывных наблюдений вариаций интенсивности КЛ (в различных областях энергетического спектра в широком диапазоне энергий с различных направлений) с помощью одного прибора позволила путем решения системы уравнений вариаций КЛ находить величину первичной (межпланетной) вариации КЛ, геомагнитной и атмосферной составляющих вариаций КЛ, проводить оценку изменений параметров первичного спектра КЛ, жесткости геомагнитного обрезания, давления и среднемассовой температуры атмосферы, а также осуществлять диагностику температурного режима атмосферы. Данные об изменениях жесткости геомагнитного обрезания и горизонтальной составляющей геомагнитного поля дали возможность проводить оценку магнитосферных токовых систем в период спорадических возмущений в рамках моделей нитевидного кольцевого тока и тока, распределенного на сфере.
Несомненно, исследования по численному анализу вариаций интенсивности КЛ и разработке многоканальных систем наблюдений должны быть продолжены по широкому кругу вопросов.
Использование полученных результатов значительно увеличит эффективность методов исследования КЛ: метода глобальной съемки и метода спектрографической глобальной съемки. Для этого необходимо создание сети многоканальных наблюдательных комплексов КЛ.
Совершенно очевидна необходимость дальнейшего развития метода диагностики температурного режима атмосферы с помощью КЛ, дающего возможность получать информацию в реальном времени.
Важным аспектом является развитие теоретико-методической базы мониторинга магнитосферных токовых систем возмущений с помощью КЛ при глобальном электромагнитном зондировании Земли. При этом следует учитывать также определяющую роль КЛ в создании проводимости атмосферы, входящей в глобальную электрическую цепь.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Янчуковский В.Л, Янчуковский А.Л. Спектрограф космических лучей, основанный на эффекте локальной генерации нейтронов.// Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.:
Наука. - 1980. - Вып. 52. - С. 52-56.
2. Yanchukovsky V. L., Borisov V. L., Chirkov N. P. To the Problem of Determination of energy Spectrum of Cosmic Ray Variations on Registration Data of Nuclon Component. // Proc. 16th Inter. Cosmic Rays Conf. Kyoto. - 1979. - V.4. - P 347 - 349.
3. Yanchukovsky V. L. Complex Installation Regisatration of Cosmic Ray with Energy 109 - 1014 eV. // Proc. 16th Inter. Cosmic Rays Conf. Kyoto.
- 1979. - V.4. - P 349 -351.
4. Янчуковский А.Л., Янчуковский В.Л. Устройство регистрации нейтронов множественности. // Авторское свидетельство № 80712.
Зарегистрировано 20 октября 1980 г.
5. Янчуковский А.Л., Янчуковский В.Л. О возможности создания спектрографа космических лучей с управляемыми коэффициентами связи.// Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца.
М.: Наука. - 1980. - Вып. 52. - С. 57-59.
6. Янчуковский А.Л., Янчуковский В.Л. Способ измерения вариаций интенсивности космических лучей. // Авторское свидетельство № 867161. Зарегистрировано 21 мая 1981 г.
7. Yanchukovsky A.L., Yanchukovsky V.L. A Cosmic Ray Intensity Variations Spectrograph for the Word Neutwork of Stations. // Proc. 17th Inter. Cosmic Rays Conf. Paris. - 1981. - V. 4. - P. 343-346.
8. Янчуковский В.Л. Исследование вариаций космических лучей с использованием эффекта локальной генерации нейтронов. // Исследование околоземного пространства. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР. - 1981. - С. 57-62.
9. Янчуковский А.Л., Янчуковский В.Л. Спектрограф вариаций интенсивности космических лучей для мировой сети станций. // Известия АН СССР. Серия Физическая.- 1982. - Т. 46. - № 9. - С. 17461748.
10. Chirkov N. P., Filippov A. T., Yanchukovsky V. L. Forbushdecrease and Cosmic ray Fluctuations in july 1982. // Proc. 18th Int. Cosmic.
Rays Conf. Bangalore. India. - 1983. - V.3. - P 245 - 248.
11. Янчуковский В.Л., Янчуковский А.Л. Барометрический эффект кратных нейтронов космических лучей. // Геомагнетизм и аэрономия. - 1983. - Т. 23. - С. 722-726.
12. Янчуковский А.Л., Янчуковский В.Л. Адаптивный метод регистрации вариаций космических лучей.// Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М.: Наука. - 1984. - Вып.
68. - С. 201-210.
13. Янчуковский В. Л., Хисамов Р. З. Вариации космических лучей магнитосферного и межпланетного происхождения в июле 19г. // Долгосрочное прогнозирование гидрометеорологических условий.
Новосибирск: СО ВАСХНИЛ. - 1985. - Вып. 36. - С 42 -44.
14. Янчуковский В.Л. Регистрация направленной интенсивности космических лучей. // Препринт № 20. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР. - 1986. - 24с.
15. Ynchukovsky V.L., Khisamov R.Z. Cosmic Ray Variations in April and May 1984 according to the Novosidirsk Neutron Multiplicity of Local Generation. // Solar-Geophysical Activity Reports for Stip Interval XYI 20 April - 4 May 1984 Fordush Decrease. Boulder. Colorado/ USA. - 1987. - P. 237.
16. Янчуковский В. Л., Хисамов Р. З. Вариации космических лучей за период 1971 - 1987 гг. // Оперативно - информационный материал. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР. -1988. - 12с.
17. Янчуковский В.Л., Хисамов Р.З. Коэффициенты связи нейтронной компоненты космических лучей. // Препринт № 7.
Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР. - 1989. - 16с.
18. Янчуковский В. Л., Хисамов Р. З. Вариации в кратных нейтронах в период Форбуш - эффектов космических лучей. // Препринт №23. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР. - 1990. - 17 с.
19. Филиппов А. Т., Басалаев М. Л., Руднев Ю. Ф., Янчуковский В. Л. О солнечных вспышках, сопровождающихся генерацией нейтронов высоких энергий, по данным наземных супермониторов. // Геомагнетизм и аэрономия. - 1990. - Т. 30. - С 381 - 385.
20. Янчуковский В.Л. Температурная зависимость больших пропорциональных счетчиков для регистрации космических лучей. // Препринт № 7. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР. - 1991. - 18с.
21. Янчуковский В.Л. Генетически связанные нейтроны в мониторе космических лучей. // Препринт № 1. Новосибирск: ОИГГиМ СО РАН. - 1992. - 17с.
22. Янчуковский В.Л. Генетически связанные нейтроны в мониторе космических лучей. // Препринт № 1. Новосибирск: ОИГГиМ СО РАН. - 1992. - 17с.
23. Yanchukovsky V. L., Nesterova I. I., Yanchukovsky A. L. The multiple neutrons is the cosmic ray monitor. // The Second Soltip Symposium. Nakaminato. Japan. - 13 June - 17 June 1994. - P. 76.
24. Yanchukovsky V. L. The atmospheric multiplicity of neutron component of cosmic rays. // The Second Soltip Symposium. Nakaminato.
Japan.-13 - 17 June 1994. - P 77.
25. Янчуковский В.Л. Большие пропорциональные счетчики для регистрации космических лучей. // Геомагнетизм и аэрономия. - 1994. - Т. 34. - № 2. - С. 151-154.
26. Янчуковский В.Л., Филимонов Г.Я. Вариации нейтронной компоненты космических лучей.// Препринт № 1. Новосибирск:
ОИГГиМ СО РАН. - 1994. -11 с.
27. Yanchukovsky V.L., Nesterova I.I., Yanchukovsky A.L. The multiple neutrons is the cosmic ray monitor. // Proc. of the Second Soltip Symposium. Nakaminato. - 1995. - V.5. - P. 263-265.
28. Янчуковский В.Л., Филимонов Г.Я. Коэффициенты связи и атмосферная кратность нейтронной компоненты вторичных космических лучей. // Известия РАН. Серия физическая. - 1995. - Т. 59.
- С. 125-128.
29. Yanchukovsky V.L. The atmospheric multiplicity of neutron component of cosmic rays. // Proc. of the Second Soltip Symposium.
Nakaminato. - 1995. - V. 5. - P. 259-261.
30. Yanchukovsky V.L. Modulation Effect of Barometric Coefficient of Neutron Component of Secondery Cosmic Rays. // Proc. 24th International Cosmic Ray Conference. Roma. Italy. - 1995. - V. 5. - P. 1145-1147.
31. Янчуковский В.Л., Филимонов Г.Я. Барометрический эффект вторичных космических лучей. // Известия РАН. Серия физическая. - 1997. - Т. 61. - № 6. - С. 1159-1161.
32. Yanchukovsky V.L., Philimonov G.Ya. Barometric Effect of Cosmic Rays as a Function of several Variables. // Proc. 25th International Cosmic Ray Conference. Durban. - 1997. - V. 2. - P. 445 - 448.
33. Yanchukovsky V.L. Investigation of Cosmic Ray Variations by the Multi-Channel Registration in the Different Energetic Ranges. // Annales Geophysical. Suppl. - 1998. - V.16. - Part III. - P. 869.
34. Янчуковский В.Л., Филимонов Г.Я. Спектрограф вариаций космических лучей на эффекте локальной генерации нейтронов. // YII Симпозиум по солнечно-земной физике. Москва. - 1998. - С. 75-76.
35. Янчуковский В.Л., Филимонов Г.Я. Результаты многоканальной регистрации космических лучей нейтронным монитором. // Известия РАН. Серия физическая. - 2000. - Т.63. - № 2. - С. 409-412.
36. Yanchukovsky V.L., Philimonov G.Ya. Cosmic Ray Variation Spectrograph Based on the Effect of Local Generation of Neutrons.// SolarSystem Research. - 2000. - V. 34. - № 2. - P. 176-177.
37. Янчуковский В.Л., Филимонов Г.Я. Спектрограф вариаций космических лучей на эффекте локальной генерации нейтронов. // Астрономический вестник. - 2000. - Т. 34. - № 2. - С. 191-192.
38. Янчуковский В.Л., Филимонов Г.Я. Исследование вариаций интенсивности космических лучей с использованием эффекта локальной генерации нейтронов. // Известия РАН. Серия физическая.
- 2001.- Т. 65. - № 3. - С. 394-396.
39. Ермолаев Ю.И., Зеленый Л.М., Застенкер Г.Н., Петрукович А.А., Ермолаев М.Ю., Панасюк М.И., Кузнецов С.Н., Мягкова И.Н., Муравьева Е.А., Юшков Б.Ю., Веселовский И.С., Кузнецов В.Д., Черток И.М., Ишков В.Н., Белов А.В., Ерошенко Е.А., Янке В.Г., Кузин С.В., Житник И.А., Игнатьев А.П., Слемзин В.А., Суходрев Н.К., Шестов С.А., Богод В.М., Котельников В.С., Першаков Л.А., Белоглазов М.И., Власов В.И., Чашей И.В., Козлов В.И., Кугаенко Ю.И., Клейменова Н.Г., Козырева О.В., Пархомов В.А., Хисамов Р.З., Янчуковский В.Л. Год спустя: Солнечные, гелиосферные и магнитосферные возмущения в ноябре 2004 г. // Геомагнетизм и аэрономия. - 2005. - № 6. - С.723 - 763.
40. Янчуковский В.Л. Долговременная модуляция космических лучей в различных энергетических интервалах. // Всероссийская конференция Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности. Тезисы докладов.
Троицк: ИЗМИРАН. - 2005. - С. 77.
41. Янчуковский В.Л. Экстремальное возрастание солнечной активности в ноябре 2004 года по данным мониторинга космических лучей в Новосибирске. //Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Труды YIII Всеросcийской конференции. Кемерово: ИУУ СО РАН.- 2005.-С. 358 - 366.
42. Янчуковский В.Л. Атмосферные эффекты интенсивности мюонов под различными углами к зениту. // Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании. Труды Международной конференции. Павлодар: ПГУ РК. - 2006. - С. 353 - 358.
43. Янчуковский В.Л. Оценка энергетических диаграмм мюонных телескопов методом пробного детектора. // Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании. Труды Международной конференции. Павлодар: ПГУ РК. - 2006. - С. 359 - 362.
44. Янчуковский В.Л. Телескоп космических лучей.// Солнечноземная физика. - Новосибирск: Издательство СО РАН, - 2006. - Вып. 9.
- С. 41 - 43.
45. Янчуковский В.Л., Филимонов Г.Я., Хисамов Р.З.
Атмосферные вариации интенсивности мюонов для различных зенитных углов регистрации. // Известия РАН. Серия физическая. - 2007. - Т. 71. - № 7. - С. 1066 - 1068.
46. Янчуковский В.Л., Коэффициенты связи для мюонов под различными углами к зениту. // Современные проблемы космической физики. Труды Всероссийской конференции. Якутск: Издательство Якутского научного центра СО РАН. - 2007. - С. 103 - 106.
Технический редактор О.М.Вараксина Подписано к печати 04.06.20Формат 60х84/16. Бумага офсет №1. Гарнитура Таймс.
Печ. л. 0,9. Тираж 150. Зак. № ИНГГ СО РАН, ОИТ, 630090, Новосибирск, пр-т Ак. Коптюга,
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле