Энергетический спектр и зарядовый состав средних и тяжелых ядер первичных космических лучей в диапазоне энергий 10-10 ЭВ по данным экспериментов на ИСЗ "Космос-1543" и "Космос-1713" тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ О ГДЕ! ¡А ЛЕНИНА. ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В.ЛОМОНОСОВА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМ. Д.Б.СКОБЕЛЬЦЫНА

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР И ЗАРЯДОВЫЙ СОСТАЕ СРЕДНИХ И ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕ? ПЕРВИЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ В ДИАПАЗОНЕ ЭНЕРГИЙ 1012-1014 ЭВ ПО ДАННЫМ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ИСЗ "К0СМ0С-1543" И "КОСШС-1713"

01.04.23 - физика высоких энергий

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

^Б ОН

» ^В 1995

правах рукописи УаК и^Э. 1. и^)

Сазонов Глео Александров*

Ми (-К. ¿А -

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте нд^утт физики МГУ им. М.В.Ломоносова.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Калмыков Николай Николаевич; доктор физико-математических наук Безруков Леонид Борисович.

Ведущая организация - Физический институт РАН им.П.Н.Лебедева.

Защита состоится " $ " 1996 г. в " & " часов на

заседании диссертационного совета K-Q53.05.24 в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова (г.Москва, Воробьевы Горы, НИИЯФ МГУ, 19-й корпус, ауд. 2-15). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ.

Автореферат разослан "ЗР" сЛиЛс^рЛ 1995 г.

Общая характеристика работы.

Актуальность темы.

Космические лучи высокой энергия являются ценным источником информации как о межзвездном пространстве, так и об объектах их генерирующих. Их непосредственное наолидение и изучение; характеристик различных компонент - необходимая составлякщгд астрофизики высоких энергий.

Ядра с зарядом Z>5, являющиеся предметом рассмотрения данной работы, составляют в совокупности около 40% потока первятнвх космических лучей (ПО). При сравнительно низких энергиях (до ЮСГэВ/куклон) их спектры и относительное содержание известна достаточно полно благодаря различным по методике экспериментам. В качестве детекторов энергии в этих экспериментах использовались как ионизационные калориметры и магнитные спектрометры, так и газовые черенковские детекторы. Последние дали наиболее полные сведения о спектрах ПО при указанных энергиях. При более высоких энергиях преобладают рентгеноэмульсионная методика (JACEE, Зацепин и др. - MUEEE), детекторы переходного излучения (CRN -Чикагский университет) и ионизационные калориметры.

Калориметрическая методика позволяет значительно продвинуть измерения характеристик ПКЛ в область больших энергий. Существенной трудностью при ее использовании является влияние частиц альбедо (обратного тока частиц из калориметра) на детекторы, измеряющие заряд. Этот эффект, возрастающий с энергией, ухудшает зарядовое разрешение прибора. По мере продвижения в область высоких энергий растет также и вес аппаратуры, что связано с необходимостью увеличения геометрического фактора установок. Тем не менее,

калориметрическая методика, позволяющая при весьма точном измерении энергии (для калориметров с поглощением близким к полному) изучать весь зарядовый диапазон ПО, имеет значительные перспективы.

Имеющиеся в настоящее время данные различных групп о спектрах и зарядовом составе ПО при энергиях более ю'^эВ обнаруживают различие как по интенсивности, так и по форме спектра различных компонент, что связано б основном с определением энергии первичной частицы и статистической обеспеченностью экспериментальных данных. Поэтому продолжение исследований в этой области представляется актуальным, особенно в случае использования аппаратуры, работающей в зарядовом диапазоне от протонов до железа.

Целью настоящей работы является исследование энергетических спектров и зарядового состава средних и тяжелых ядер ПО в области энергий Ю12-Ю14зВ с применением черенк.овеких детекторов заряда и ионизационного калориметра. 3 качестве инструмента для выделения средних и тяжелых ядер использовался твердотельный черенковский детектор заряда с диффузным собиранием света. Работа выполнена в рамках эксперимента по изучению спектров и зарядового состава ПКЛ "Сокол".

В работе решались следующие задачи:

I.Проведение лабораторных исследований черенковского детектора заряда средних и тяжелых ядер с диффузным собиранием света ДЗ-2, работающего в составе комплекса научной аппаратуры "Сокол", с целью уточнения и оптимизации его основных характеристик.

2.Обработка экспериментального материала по средним и

тяжелым ядрам, полученного в результате двух экспериментов на ИСЗ.

3.Определение интенсивностей и показателей наклона спектров групп ядер ПО.

4.Определение доли средних и тяжелых ядер в составе [МЛ.

Научная новизна и практическая ценность работы состоит в том, что впервые данные по средним и тяжелым ядрам с разделением их на группы при энергии более 1012эВ получены в рамках измерении во всем зарядовом дипазоне от протонов до ядер железа с помощью аппаратуры, включающей ионизационный калориметр большой толщины. В диапазоне энергий 2-20ТэВ данные эксперимента "Сокол" имеют наилучшую статистическую обеспеченность.

Информация об энергетических спектрах и доле средних и тяжелых ядер является экспериментальной основой для построения моделей происхождения и ускорения ПО. При соответствующей экстраполяции она также может применяться для интерпретации результатов исследований в области энергий, доступной методам ШАЛ.

Вклад автора. Автор принял участие в эксперименте "Сокол" начиная с этапа лабораторных испытаний аппаратуры для первого полета в части, касающейся детектора средних и тяжелых ядер ДЗ-2. Лабораторные испытания позволили установить принципиальную пригодность ДЗ-2 для выполнения поставленных перед ним задач, оценить величины основных аппаратурных факторов, влияющих на разрешающую способность детектора. Были также исследованы различные покрытия для диффузора детектора с целью оптимизации его характеристик. Затем оила проведена настройка измерительного тракта ДЗ-2. Е качестве ведущего по детектору автором была

проведена калибровка и настройка аналогичного прибора для аппаратуры, экспонированной во втором полете.

Обработка и анализ экспериментальных данных по средним и тяжелым ядрам, изложенных в диссертации, были выполнены лично автором с привлечением данных других детекторов и расчетов проделанных как автором, так и другими участниками эксперимента. Большая часть работ, касающаяся ядер с Z>5, а также материалы по средним и тяжелым ядрам, вошедшие в более общие работы по теме "Сокол", подготовлены автором.

Полный список печатных работ по теме диссертации с участием автора содержит 28 наименований.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлялись на 19-й, 21-й и 23-й Международных конференциях по космическим лучам, симпозиуме в Лодзи 1988г., Всесоюзных 1984 и 1986гг.и Межрегиональной 1993г. конференциях по космическим лучам.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка цитируемой литературы, изложена на 118 страницах, иллюстрирована 24 рисунками, содержит 21 таблицу. Список литературы содержит 78 наименований.

На защиту выносятся следующие результаты, полученные в эксперименте :

- энергетические спектры ядер групп М, Н и VH при энергии более 2ТэВ;

- суммарный энергетический спектр ядер с Z > 5 при энергии более 2ТэВ;

- доля средних и тяжелых ядер в составе ПО при энергии

более 2,5ТэВ.

Содержание диссертации.

Во введении представлена сложившаяся к настоящему времени ситуация е..изучением характеристик ПКЛ и обоснована актуальность, изучения спектров и зарядового состава средних и тяжелых ядер ПКЛ в области энергий >Ю12 эВ.

Глава I содержит описание общих характеристик комплекса научной аппаратуры "Сокол", принципов измерения энергии и заряда, а также условий эксперимента.

¡СКА "Сокол" включал в себя два черенковских детектора заряда, ДЗ-1 и ДЗ-2, а также детектор энергии - ионизационный калориметр (!Ш с обшей толщиной поглощающего вещества около 5.5 пробегов для ядерного взаимодействия протонов. Схематическое изображение КНА приведено на рис.1.

ПК прибора "Сокол-1" имел 8 стальных плит толщиной по 10см каждая и 2 свинцовых толщиной Зсм и 2см з верхней части Ж. 3 аппаратуре второго эксперимента ("Сокол-2") свинцовые плиты были заменены стальными. Под каждой из плит раположены 8 пластических сцинтилляторов длиной по 52см, шириной 6.2см и толщиной 2см. Сцинтилляторы соседних рядов расположены во взаимно перпендикулярных направлениях. Секционирование ПК позволило визуализировать картину прохождения лавины, т.е. определять форму продольного и поперечного распределения ионизации в каждом событии, что повысило надежность перехода от знерговыделения в калориметре к первичной энергии частицы.

При определении знерговыделения в Ж учитывался переходный эффект при переходе ливня из слоя свинца в сцинтиллятор и из слоя

СХЕМ АТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ПРИБОРА 'СОКОЛ'

1 - поглотители из железа; 2 —сиинтилляторы; 3 — световоды; 4 -фотоумножители ФЭУ-84; 5-щторка; 6,8-рапнатор из плексигласа; 7,10-фотоумаожитцль ФЭУ-49; 9-светонепроницаемый кожух.

Рис.1

железа в сцинтиллятор.

При переходе от энерговыделения евыд к энергии первичной частицы Е0 учитывались три основных фактора, приводящих к недомеру энергии:

Пвынос энергии ДЕбок через боковые поверхности ПК;

2)еынос энергии ДЕних через нижнее основание ИК или тот слои поглотителя, в котором частица выходит из калориметра;

3)нерегистрируемый расход части энергии, идущей на расщепление ядер вещества поглотителя.

Черепковские детекторы заряда располагались перед ИК сначала ДЗ-1, а на самом верху комплекса - ДЗ-2. Между ИК и ДЗ-1 располагался слой алюминия толщиной 7.4см. Оба детектора секционированы. ДЗ-1 нацелен в основном на измерение заряда протонов и ядер Не. Для измерения зарядов ядер тяжелее гелия использовался детектор ДЗ-2 на основе радиатора из плексигласа с диффузным собиранием света.

Пороговым условием возникновения черенковского излучения в плексигласе является выполнение соотношения

> 1.3шс^

где Е0 и т - энергия и масса первичной частицы.

Для изучаемой области энергий число фотонов черенковского света заданного интервала длин волн в радиаторе зависит только от заряда регистрируемой частицы: N » 22.

Условием выработки "мастерного" сигнала в процессе эксперимента являлось прохождение частицы через ДЗ-1, а затем создание ею в заданном числе ш рядов ИК сигнала, эквивалентного энерговыделению ..¿- в каждом ряду; при этом полное энерговыделение в ИК должно было превосходить £ . Ееличины т, £ и Е

1 ПГ|Г| ПОО

гарнировались по командам с Земли.

В главе 2 прив? -ону конструкция и результаты лабораторных исследований детектор-: заряда средних и тяжелых ядер, а также описаны его калибровка и настройка.

Детектор состоит из четырех одинаковых секций, которые конструкционно являются единым блоком. изготовленным из дюралюминия. Диффузор каждой секции ДЗ-2 представляет собой многогранник, близкий к параллелепипеду, и имеет внутреннее покрытие из белой фильтровальной бумаги. К дну диффузора прикреплен радиатор из полированного плексигласа толщиной 1см и площадью 670см2. Через отверстие в боковой стенке диффузор просматривается фотоумножителем ФЭУ-49. Передняя часть колбы ФЗУ, экранирована оболочкой из пермаллоя толщиной 0.1 мм. Расположение ДЗ-2 относительно ДЗ-1 и Ж показано на рис.2.

По электрической схеме секции ДЗ-2 самостоятельны, одинаковы и имеют раздельное высоковольтное питание. Сигнал, снимаемый с анодной нагрузки ФЗУ, подавался на усилительный тракт, нключавЕИй каналы с высоким и низким коэффициентами усиления ("чувствительный" и "грубый"). Далее сигнал поступал на схему амплитудно-цифрового преобразования, где, при наличии управляющего сигнала, производилась оцифровка амплитуды.

Анализ неоднородности светосбора и амплитудная калибровка детектора проводились на пучке ядер углерода с энергией 4ГэВ/н в ЛВЭ ОИЯИ. В результате было получено следующее выражение для относительного зарядового разрешения ь^а^/ъ для ядра с зарядом 2:

/ О.ОЭ

£„= / —- 0.002 — у

У

Рис. 2. Взаимное расположение детекторов заряда и энергии.

где первое слагаемое характеризует относительный среднеквадратичный разброс сигнала, связанный с флуктуацией числа Фотоэлектронов, а второе - разброс, связанный с неоднородностью светосбора.

В эксперименте "Сокол-2" абсолютная калибровка ДЗ-2 осуществлялась при помощи заряженной компоненты космических лучей -на уровне моря.

В главе 3 описаны обработка первичного экспериментального материала, критерии отбора средних и тяжелых ядер, рассмотрено влияние различных факторов на измерение заряда детектором.

После расшифровки телеметрической информации и зведения амплитудных калибровок статистический материал был подвергнут процедуре выравнивания, необходимость которой связана с тем, что чувствительность секций ДЗ-2 различалась как из-за ограниченной точности настройки, так и из-за возможного ухода в процесса выведения КНА, "Сокол" на орбиту МСЗ. При этом за основу были взяты величины среднего заряда в распределении ядер ун.

Следующим этапом предварительной обработки был анализ искажений, вносимых прохождением частиц через колбу ФЭУ ДЗ-2. Показано, что исключением событий с г>30, (с соответветствующей поправкой в геометрический фактор) данный эффект практически исчерпывается и не оказывает значимого влияния на конечный результат.

Для реконструкции оси каскада и отбора событий по положению траектории в Ж использовалась информация о распределении ионизации в каждом слое калориметра. В эксперименте "Сокол-1" для анализа отбирались только события с осью, выходящей через нижнее основание ПК. В эксперименте "Сокол-2", кроме того, частично

ю

использовались события с осью, выходящей через боковые поверхности Uli.

Для анализа энергетических спектров отбирались события, в которых регистрируемое ядро прошло через радиаторы ДЗ-2 и .ДЗ-1. Сигнал,, разрешающий регистрацию, может быть выработан и при прохождении первичной частицы в зазоре между" "секциями --ДЗ-1 вследствие того, что частицы альбедо из ИК с некоторой вероятностью могут вызвать срабатывание ДЗ-1. Ввиду роста величины обратного тока с энергией это ведет к искажению формы энергетического спектра. Поэтому при отборе ядер с z.-S за основу брался критерий соответствия сигналов ДЗ-2 и ДЗ-1. Степень соответствия выбиралась исходя из того, что основными при определении заряда являются показания ДЗ-2, а показания ДЗ-1 не должны им противоречить. Вспомогательность ДЗ-1 обусловлена тем, что в веществе его радиатора (6г/см2) претерпевают взаимодействие около 30% ядер группы м и около 50% ядер группы vh. При этом создаваемый ими сигнал меняется по сравнению с сигналом от непроззаимодействовазшей частицы. Ееличика этого изменения зависит как от места взаимодействия, так и от характера фрагментации налетающего ядра и множественности вторичных частиц. Ввиду того, что отбор событий по признаку близости сигналов ДЗ-2 и ДЗ-1 с последующей поправкой на взаимодействие в ДЗ-1 может привести к погрешности в определении интенсивности первичных компонент, критерии отбора средних и тяжелых ядер были построены таким образом, чтобы провзаимодействовавшие в ДЗ-1 частицы не отбрасывались. При таком подходе следует учесть только поправки на Езаимодействие е ДЗ-2, существенно меньшие по- величине. Для выработки таких критериев на материале второго эксперимента был

проведен анализ событий, с осью каскада, заведомо проходящей внутри радиатора ДЗ-1. При этом практически не сказывается эффект неполного (краевого) прохождения траектории через радиатор, приводящий, также, как и взаимодействие, к изменению сигнала.

В результате были выработаны следующие критерии отбора для групп М, Н и УН по показаниям обоих детекторов и 22:

М - 5<г2<.9.5, 2^ >3, н - 9.5<22520.5, 2^>5, ун - 20.5<22<31, г1>7.

Указанные пределы по г1 существенно превышают значение среднего заряда, имитируемого обратным током от средних и тяжелых ядер в секциях ДЗ-1, через которые траектория частицы не проходит (внеосевых), поэтому в ДЗ-1 практически исключается имитация соответствия события критериям отбора при прохождении ядра в зазоре между секциями. Существенно, что, несмотря на оценочный характер критериев по 21, их допустимое варьирование не оказывает значимого влияния на конечный результат. Максимальное изменение показателя наклона спектра ядер при варьировании составляет 0.05 при статистической неопределенности «0.10.

На рис.3 приведено распределение сигнала 22 при отборе событий по выработанным критериям. Как видно, зарядовое разрешение, достигаемое одним детектором, недостаточно для поэлементного разделения, но позволяет выделить группы и, н и ун в соответствии с указанными выше границами по 22.

Под краевым эффектом в ДЗ-2 • подразумевается неправильное отнесение события к той или иной зарядовой группе вследствие прохождения частицей неполной толщины радиатора ДЗ-2. Точность локализации траектории в детекторе недостаточна для того, чтобы в

80-

60

40-

20-

ъ

1

ш

ш

И

Ш

01—1—I—1—I—|—I—I—I—I—|—1—I—I—1—|—I—1—1—1—I—1—1—|—1—рл—1—1—|

5 10 15 20 25 30

Рис.3. Зарядовое распределение по 2г для

событий соответствующих критериям отбора.

индивидуальных случаях исключать частииы, прошедшие по краю радиатора. Поэтому масштаб эффекта оценен по его влиянию на конечный результат. Показано, что краевой эффект наблюдается при прохождении реконструированной оси каскада на расстоянии 1см от края радиатора. Сравнение методически чистых зыборок событий с осям проходящими внутри радиатора и исходной, включающей все события, показывает, что влияние краевого эффекта на конечный результат значительно ниже статистической неопределенности, и им можно пренебречь.

Обратный ток из ИК включает в себя компоненты, оказывавшие влияние на показания черепковского детектора заряда. Это альбедные электроны, ^-кванты, порождающие релятивистские комптоновские электроны или пару, а также альбеднке тт-мезоны.

Для анализа влияния обратного тока на ДЗ-2 рассмотрено среднее значение амплитуды сигнала возникающего в тех секциях детектора, через которые не проала частица. Амплитуда сигнала от обратного тока растет как с зарядом, так и с энергией первичной частицы. В большей степени, чем от полной энергии, величина обратного тока зависит от того, насколько быстро развивается каскад. События с относительно большим обратным током имеют каскадные кривые, сдвинутые к верхней части прибора.

Оценка влияния флуктуаций обратного тока на зарядовое разрешение ДЗ-2 содержится в таблице I, где приведены величины относительного среднеквадратичного разброса амплитуды сигнала, связанные с флуктуациями числа фотоэлектронов и неоднородностью светосбора и соответственно) для трех групп ядер, и аналогичная им величина 6°, связанная с обратным током. Также приведены суммарная величина ¿а= '^а'2* и

величина зарядового разрешения (5,2 = о,55 2. Таблица I. Вклад различных факторов в разрешающую способность ДЗ-2.

- ' - - •"7 <5°" а Л - - Г,

7 (М) 0 086 0 .090 0 066 0 141 0 43

12 (Н) 0 050 0 090 0 037 0 109 0 6 ь

26 (УН) 0 023 0 090 0 СС8 0 093 I 21

Релятивистские 6-электроны, генерируемые ядрами П'СЛ в веществе над радиатором ДЗ-2, попадая во внеосевые секции, могут вызвать эффект, похожий на эффект от обратного тока, однако приблизительные количественные оценки приводят к выводу, что этот фактор не вносит существенного вклада в рассмотренные "внеосевые" явления.

Систематическая погрешность энергетических измерений, связанная с принятым методом настройки ИК, а также точностью расчетных коэффициентов переходных эффектов поглотитель сцинтиллятор составила «12% для первого эксперимента и ~10% - для второго.

Геометрический фактор прибора "Сокол" вычислялся для

различных выборок путем моделирования в соответствии со способом отбора по положению оси каскада в приборе. При этом учитывалось, что прохождение частиц по краю радиатора ДЗ-1 и связанное с этим

уменьшение сигнала может еыводить события за пределы, указанные в критериях отбора по .

3 главе 4 приведены полученные экспериментальные результаты,

сделаны выводы о спектрах и зарядовом составе ПКЛ в изучаемом диапазоне энергий.

Статистистический материал, на основе которого проводился анализ, составляет 2796 событий, из которых 381 (2Ш принадлежат эксперименту "Сокол-1" и 1415 (792) - эксперименту "Сокол-2".

Выбранная величина энергетического порога составила 2ТэВ для событий "Сокол-1" и событий "Сокол-2" с осями каскада, выходящими через нижнее основание ИК. Для событий "Сокол-2" с осями каскада, выходяшми из ИК на уровне 6 ряда и ниже порог состазил ЗТэВ.

Расчет трансформации зарядового состава при взаимодействии ядер в радиаторе ДЗ-2 и над ним проведен на основе средних величин параметров фрагментации и множественности вторичных частиц. Поправочные коэффициента для интенсивностей групп ядер составили 1.0, 0.9 и 1.1 для м, н и '/н соответственно.

Эффективность регистрации ядер всех групп принята за I.

Полученный суммарный спектр ядер с 1>5 имеет следующую аппроксимацию:

ке> = (1 .7+0.1 ц0~2(е/27эвг ' 1'53±0'04 '„"^"'ср'1

На рис.4 приведены дифференциальные энергетические спектры групп ядер м, н и ун в сравнении с данными других авторов.

В таблице 2 приведены показатели наклона спектров з различных энергетических диапазонах.

Полученные в эксперименте "Сокол" спектры средних и тяжелых ядер не обнаруживают заметного отличия от общей массы данных при том, что другие работы в этой области энергий демонстрируют различия в интенсивности. В области энергий 2-20 ТэВ (первые пять точек) эксперимент "Сокол" обладает наибольшей статистической точностью.

10 ч

03

л о

1 -

ш *

ш

"О

10

10-г-

10

* ф

ЧН (*0.01)

11 л*

та-

I

Н (*0.1)

*♦ и

о о о о о 31топ. 80

----- СИИ 90 ««»«« 1АСЕЕ 93 *»**» НЕАО-3 90 0000 0 га1серт 94 • •««• Сокол

-1 I I I I П|-1—I I I I I щ-г

10

Е. ГэВ/н

10

I I I I I I 1|-г

10 4

Т—I I I I I

10

Рис.4. Дифференциальные энергетические спектры средних и тяжелых ядер.

Таблица 2. Показатели наклона спектров средних и тяжелых ядер.

Е.ТэВ M H VH M+H+VH

>2 I,58±0.07 I .52+0.08 1.65+0.08 1.58+0.04

>2.51 1,59+0.08 1 53±0.09 1.60±0.10 1.58+0.05

>3.16 I.59+0.10 I .51+0.11 1.63+0.12 1.58+0.06

>3.98 1.51+0.11 1 .46+0.12 1.66+0.14 1.54+0.07

>5.01 1.47±0.13 1 .29±0.14 1.76+0.18 1.48+0.08

2-20 1.58+0.07 1 .57±0.09 1.61+0.08 1.60=0.08

2-100 1.59±0.07 1 .54+0.08 1.66+0.08 1.60±0.04

Отмеченная на 23 Международной конференции в Калгари (обзор S.Swordy. Ргос. 23 ICRC, Calgary, Invited, Rapporteur & Highlight Papers, 1993) тенденция к уположению спектров ядер при бысоких. энергиях не противоречит отдельно взятым данным эксперимента "Сокол".

Сравнивая данные эксперимента "Сокол" по ядрам с Z>5 с его же данными по протонам и ядрам Не, в пределах достигнутой статистической точности можно констатировать, что показатель суммарного спектра средних и тяжелых ядер значимо отличается от показателя спектра протонов, полученного в этом же эксперименте (J-=I.85±0.14 при Е>5ТэВ, Ргос. 23 ICRC, 2, 1993), а от показателя спектра ядер Не (у=1.64±0.12 при Е>2.5ТзВ, Ргос. 23 ICRC, 2, 1993) - незначимо.

Таблица 3 содержит данные эксперимента "Сокол" по зарядовому составу ПКЛ.

ia

Таблица 3. Зарядовый состав ПКЛ {%).

м 13-1 14+2 Н 10-1 9±1 УН 12+2

14+3 13±3 12±3

Как видно из таблицы 3, доля средних и тяжелых ядер по данным эксперимента "Сокол" обнаруживает тенденцию ¡с возрастанию с ростом энергии. Однако статистическая обеспеченность результата недостаточна.

3 заключении формулируются основные результаты проделанной работы и выводы диссертации.

I. Проведены лабораторные испытания черенхсвского детектора заряда средних и тяжелых ядер ПО с диффузным собиранием сзета, работающего в составе комплекса научной аппаратуры "Сокол", б результате которых:

- выбрано покрытие для внутренней поверхности диффузора детектора;

- измерена неоднородность светосбора в детекторе;

- оценена величина флуктуаций количества фотоэлектронов, собираемых динодной системой фотоумножителя детектора;

- на основе полученных данных проведены расчеты ожидаемого

разрешения различных зарядовых компонент и констатирована пригодность ДЗ-2 для разделения измеряемых зарядов на группы.

1-3

2. Проведена обработка экспериментального материала по средним и тяжелым ядрам, полученного в результате двух экспериментов на ИСЗ.

- выработаны критерии отбора событий, соответствующих средним и тяжелым ядрам ПО;

- оценены дополнительные факторы, влияющие на разрешающую способность детектора заряда;

- определены интенсивности групп ядер ПО.

3. В результате анализа экспериментальных данных, статистическая обеспеченность которых в диапазоне энергий 2 -20ТэВ выше, чем в других экспериментах, сделаны следующие выводы:

- энергетические спектры ядер групп М, Н и УН при энергии более 2ТэБ могут быть описаны показателем наклона у = 1.6, показатели наклона спектров различных групп ядер составляют ум=1.58+0.07, ун=1.52+0.08, Уун=1.65+0.08;

- суммарный энергетический спектр ядер с 1>5 при энергии более 2ТэВ имеет показатель наклона .58+0.04, при энергии более 5ТэВ 1.485:0.08, что значимо отличается от показателя спектра протонов при этой энергии, полученного в этом же эксперименте (ур=1.85+0.14);

- доля средних и тяжелых ядер в составе ПО составляет: 0.34+0.02 при энергии >2.5 ТэВ,

0.35±0.03 при энергии >5 ТэВ, 0.3Э±0.05 при энергии >10 ТэВ.

Ниже перечислены наиболее важные публикации, полностью •отражающие содержание диссертации.

1.Уегпоу Б-К., Ггапепко 1.Р., СП^гоу N.1., Ваз1па Уи.У.,

Уаки1о7 Р.У., УазНуеу УиЛ'а., ОоИпзкауа Н.М., аг1еогуе-/а

L.B., Zhuravlev D.A., Zatsepln V.l., Ilyiehev D.I., Kazakovj A.E., Kozlov V.D., Kumpan I.P., Laputin Yu.A., Mitshenko I.G., Nikanorov B.M., Paplna L.P., Platonov V.V., Podorozny D.M., Rapoport I.D., Samsonov G.A., Smolensky L.G., Sobinyakov V.A., Sokolov V.K., Taffibovtsev G.E., Tretyakova Ch.A., Trlgujov Yu.V., Fateyeva I.M., Khein L.A., Chikova L.O., Shestoperov V.Ya., Shiryaeva V.Ya., Yakovlev B.M., Yashin I.V., Charge composition and energy spec trim of cosmic ray primary particles for energies higher than 1 TeV. Proc. 19 ICRC, la Jolla. 19S5, v.2, p.52- 54.

2.Ивакёнко И.П., Григоров Н.Л., Шестоперов В.Я., Басина Ю.В., Еакулов П.В., Васильев Ю.Я., Голыкская P.M., Григорьева Л.Б., Журавлев Д.А., Зацепин В.И., Казакова А.Е., Козлов В.Д., Кумпан И.П., Лапутин -O.A., Мищенко Л.Г., Нпканоосв В.М., Папина Л.[Т., Платон^? 5.В., Подорожный Д.М., Рапопорт И.Д., Самсонов Г.А., Смоленский Л.Г., Собиняков В.А., Соколов В.К., Тамбовцев Г.Е., Третьякова Ч.А., Тригубов Ю.В., Фатеева И.М., Хейн Л.А., Чикова Л.О., Ширяева В.Я., Яковлев Б.М., Яшин И.В. Многозарядные частицы первичных космических лучей с энергией >2ТэВ. Письма з ЮТФ, 44, 2G0-202, 1986.

3.Папина Л.П., Самсонов Г.А., Шестоперов В.Я. Сравнительные свойства некоторых покрытий для диффузора черенковского детектора. Вопросы атомной науки и техники, 1986, вып.3(29), с.87-88.

4.Иваненко И.П., Григоров Н.Л., Басина Ю.В., Вакулов П.В., Васильев Ю.Я., Голынская P.M., Григорьева Л.Б., Журавлев Д.А.,

Зацепин В.И., Ильичев Д.И., Казакова А.Е., Козлов В.Д., Кумпан И.П., Лапутин Ю.А., Мищенко Л.Г., Никаноров З.М., Папина Л.П.,

Платонов В.F., Подорожный Д.M., Рапопорт И.Д., Самсонов Г.А.. Смоленский Л.Г., Собиняков Б.А., Соколов В.А., Тамбовцев Г.Е., Третьякова Ч.А., Тригубов Ю.В., Фатеева U.M., Хейн Л.А., Чикова Л.О., Шестоперов Б.Я., Ширяева В.Я., Яковлев Б.М., Яшин И.В. Изучение за пределами атмосферы спектра ядер группы железа в области энергии I00-IGQ0 ГэВ/нуклон. Вестник Московского Университета, сер.З, физ., астрон., 1986, т.27, «6. с.81-83.

5.Иваненко И.П., Григоров Н.Л., Шестоперов В.Я., Васина Ю.В., Вакулов П.В.. Васильев Ю.Я., Голынская P.M., Григорьева Л.Б., Куравлев Д.А., Зацепин В.И., Казакова А.Е., Козлов В.Д., Кумпан И.П., Лапутин D.A., Мищенко Л.Г., Никаноров В.М., Папина Л.П., Платонов В.В., Подорожный Д.М., Рапопорт И.Д., Самсонов Г.А., Смоленский Л.Г., Собиняков В.А., Соколов В.К., Тамбовцев Г.Е., Третьякова Ч.А., Тригубов D.B., Фатеева И.М., Хейн Л.А., Чикова Л.О., Ширяева В.Я., Яковлев Б.М., Яшин И.В. Зарядовый состав ядер первичных космических лучей с Z>2 в области энергий >2ТэВ. Космические исследования, 25, 471-473, 1987.

6.Иваненко И.П., Рапопорт И.Д., Шестоперов В.Я., Басина D.B., Вакулов П.В., Васильев D.Я., Голынская P.M., Гордеев Ю.П., Григорьева Л.Б., Казакова А.Е., Козлов В.Д., Кумпан И.П., Мищенко Л.Г., Никаноров В.М., Папина Л.П., Платонов В.В., Подорожный Д. М., Самсонов Г.А., Смоленский Л.Г., Собиняков В.А., Тамбовцев Г.Е., Тригубов D.B., Фатеева И.М., Федоров А.Н., Хейн Л.А., Чикова Л.О., Ширяева В.Я., Яковлев Б.М., Яшин И.В. Энергетический спектр и зарядовый состав первичных космических лучей с энергией свыше 2 ТэВ. Письма в ЖЗТФ, 1583,

т.48, вып.9, с.468-471.

7.Иваненко И.П., Рапопорт К.Д., Шестоперов В.Я., Васина ¡О.В., Голннская P.M., Григорьева Д.Б., Кумлан И.П., Мищенко Л.Г., Подорожный Д.М., Самсонов Г.А., Собнняков В.А., Фатеева И.М., Хейн Л.А"."", Чикова Л:0., Яшин.-И.В. Ядра первичных космических лучей с 6sZs30 в области энергий ГО1"-I01 'зВ по данным экспериментов на ИСЗ "Космос-1543" и "Космос-1713". Космические исследования, 1990, т.28, вып.4, с.565-570.

8.Ivanenko I.P., Rapopcrt I.D., Shestoperov V.Ya., BasIna Yu.V., Vakulov P.V., Vasilyev Yu.Ya., Goiinskaya R.M., Gordeev Yu.P., Grlgf>ryeva L.B., Kazakova A.E., Kozlov V.D., Kumpan I.P., laputin Yu.A., Mischenko L.G., Nikanorov B.M., Paplna L.P., Platonov V.V., Podorozny D.M., Samsonov G.A., Smolensky L.G., SobinyakoY V.A., Tambovtsev G.E., Trigubov Yu.V., Fateyeva I.M., Fedorov A.N., Hein I.A., Chikova L.O., Shiryaeva V.Ya., Yakovlev B.M., Yashin I.V., Energy spectrum and cosmic ray composition in the region of energies higher than 1 TeV investigated onboard the "Cossos-1543" and "Ccsmos-1713" satellites. Proc. 21 ICRC, Adelaide, 1990, v.3, p.77-79.

9.I.P.Ivanenko, V.Ya.Shestoperov, L.O.Chikova, I.M.Fateeva, L.A.Khein, D.M.Podoroznyi, I.D.Rapoport, G.A.Samsonov, V.A.SobinyakoY, A.N.Turundaevskyi, I.V.Yashin. Energy Spectra of Cosmic Rays Above 2TeV as Measured by the "SOXOL" Apparatus. Proc. 23 ICRC, Calgary, 1993, 2, 17-20.