Методика получения спектров частиц первичного космического излучения в российско-японском эмульсионном эксперименте RUNJOB тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В.Скобельцына

РГ6 од

На правах рукописи

2 2 СЕН 1S98 УДК 537.591.15

Ошуев Дмитрий Сергеевич

МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ СПЕКТРОВ ЧАСТИЦ ПЕРВИЧНОГО КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В РОССИЙСКО-ЯПОНСКОМ ЭМУЛЬСИОННОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ RUN JOB

(01.04.23 — физика высоких энергий)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1998

Работа выполнена на физическом факультете Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: академик Г.Т.Зацепин

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Жданов Г.Б.

кандидат физико-математических наук Подорожный Д.М.

Ведущая организация: ИЯИ РАН

Защита состоится /5" 1998 г. в _ час.

на заседании диссертационного совета К 053.05.24 в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, НИИЯФ МГУ, 19 корп., ауд. 2-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ.

Автореферат разослан _

Ученый секретарь V/) ✓ >

диссертационного совета

доктор физико-математических наук // ^^ Ю.А.Фомин

Общая характеристика работы

Диссертация посвящена методике получения спектров частиц первичного космического излучения в Российско-Японском баллонном эксперименте ГШШОВ, работающем в диапазоне энергий 1012 -1015 эВ. Поскольку статистика, имеющаяся к настоящему времени в эксперименте, еще мала, то речь идет, в основном, только о спектрах протонов и ядер гелия.

Актуальность темы. Актуальность изучения спектров первичного космического излучения в диапазоне энергий 1013 - 1015 эВ вызвана тем, что они дают ключ к пониманию таких астрофизических проблем, как происхождение, ускорение и распространение космических лучей, которые, в свою очередь, помогают пониманию динамики галактики в делом. В районе ~ 1015 эВ в экспериментах с широкими атмосферными ливнями был обнаружен излом суммарного спектра космических лучей, точная покомпонентная форма и природа которого еще неясны (несмотря на множество имеющихся гипотез). Для сравнительно низких энергий (до 10й эВ/нуклон) спектры различных составляющих космических лучей изучены достаточно хорошо с помощью магнитных спектрометров и черенковских детекторов. При более высоких энергиях используются ионизационные калориметры ("Протон", "Сокол") и рептгеноэмульсионные камеры (ЛЛСЕЕ, М11ВЕЕ и др.). Однако, имеющиеся к настоящему времени данные для энергий выше 1013 эВ еще очень не полны и местами противоречивы, что объясняется в основном недостаточной статистической обеспеченностью. (В частности, это касается спектра протонов, в котором по результатам разных экспериментов наблюдается укручение при разных энергиях или вообще отсутствие укручения по всему измеряемому диапазону.)

Наиболее серьезная проблема здесь связана с использованием калориметрической методики определения энергии, которая по ме-

ре продвижения в область высоких энергий требует все большего веса аппаратуры, что представляет собой сложность для спутниковых и баллонных экспериментов. Дополнительной проблемой, присущей эмульсионным экспериментам (при всех их достоинствах, таких как определение координат треков с микронной точностью, регистрация всего диапазона зарядов и в широком диапазоне энергий, а также простота в сборке и транспортации и большая устойчивость к температурным условиям полетов, падениям и т.п. по сравнению со сложной электроникой) является большая трудоемкость процедуры обработки полученных данных, особенно в случае камер большого размера.

Таким образом, очень важна разработка новых методов определения энергии, а также развитие и автоматизация методики обработки данных эмульсионных камер большого размера.

Целью настоящей работы является:

1. Создание прецизионной автоматизированной методики обработки данных эмульсионной камеры большого размера, а именно:

— поиска вершины взаимодействия первичной частицы;

— поиска трека первичной частицы.

2. Развитие методики определения энергии первичной частицы по углам вылета самых быстрых вторичных частиц.

3. Применение данной методики (пп.1,2) к обработке реального материала Российско-Японского баллонного эксперимента RUN JOB.

Научная новизна и практическая ценность. В работе описывается создание прецизионной автоматизированной методики обработки данных эмульсионной камеры. Математическое развитие использованных здесь идей и их реализация в соединении с современной компьютерной техникой во многом осуществлены впервые. Эта методика существенно облегчает весьма трудоемкую процедуру обработки данных эмульсионной камеры большого размера.

Излагаются и исследуются методы определения энергии первичной частицы по углам вылета самых быстрых вторичных частиц после взаимодействия, впервые предложенные в эксперименте RUNJOB.

Данные методы обладают достаточно хорошей точностью и не нуждаются в тяжелом калориметре, что позволяет существенно уменьшить вес аппаратуры, освобождая при этом от необходимости его увеличения по мере продвижения в область более высоких энергий.

Следует отметить, выходя за рамки эмульсионной методики, что эти методы определения энергии могут быть применимы также в случае электронных детекторов, проводящих позиционио-координатные измерения.

Вклад автора. Работа автора в эксперименте ГШШОВ началась со времени первых полетов — 1995 года. В течение 3-х месяцев автор принимал участие в прослеживании ливней и опорных треков в камере 95-го года в г.Хиросаки (Япония), а затем, уже в Москве, в процессе поиска взаимодействий. Совместно с Публиченко П.А. автором была разработана и оттестирована методика автоматизированного прослеживания ливней в эмульсии с помощью системы опорных треков тяжелых ядер, проходящих через все слои камеры без взаимодействия. По этой системе осуществлялась обработка событий в камере ГШШОВ-96. Лично автором была создана и применена к событиям 95-го и 96-го годов триангуляционная методика автоматизированного предсказания высоты вершины взаимодействия в камере. Для поиска первичных частиц автором лично была разработана методика прослеживания с использованием локальных опорных треков тяжелых ядер. Идеи определения энергии протонов и ядер по углам вылета самых быстрых вторичных частиц, предложенные в эксперименте №N106 Т.Шибатой, были развиты автором. Данная методика была оттестиро-В8.НЭ- НЭ. банке искусственных событий с изучением точностей и функций искажения спектров.

Полный список печатных работ с участием автора содержит 12 наименований.

Апробация работы. Основные материалы диссертации представлялись на 25-й (1997г.) Международной конференции по космическим лучам (1С11С), Московской конференции по космическим лучам (1996

г.) и Международном Симпозиуме в Лодзи (1996г.) и докладывались на семинарах НИИЯФ МГУ, ФИРАН им. П.Н.Лебедева, ИЯИ РАН.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 130 страниц, включает в себя 40 рисунков, 5 таблиц и список цитируемой литературы из 67 наименований.

На защиту выносятся следующие результаты:

— Разработка прецизионной автоматизированной методики обработки данных эмульсионной камеры большого размера, а именно: поиска вершины взаимодействия первичной частицы и поиска трека первичной частицы.

— Разработка методики определения энергии первичной частицы по углам вылета самых быстрых вторичных частиц.

— Обработка экспозиции Российско-Японского совместного баллонного эксперимента RUNJOB 1995-го года с помощью разработанной методики и предварительные результаты по энергетическим спектрам частиц ПКИ.

Содержание диссертации

Во введении представлен астрофизический аспект темы изучения спектров частиц ПКИ в интервале энергий 1012 — 1015 эВ. Кратко рассмотрены предыдущие эксперименты, проводившиеся в данной области, и их результаты. Указаны основные отличия эксперимента RUNJOB, а именно новые методы определения энергии частиц и сильный акцент на автоматизацию процесса обработки данных.

В первой главе приводится общее описание эксперимента RUNJOB. Экспозиция камер проводится на баллонах, запускаемых по маршруту Камчатка-Поволжье на высоте около 30 км, что соответствует глубине атмосферы ~ 10 г/см2. К настоящему времени проведено 6 успешных полетов с полной экспозицией около 700 м2 • стер • ч. Обработка экспериментального материала ведется в Японии и в России

¡л

- - ,5- ' - Л"-« V -Л

.. „-..гг. л

(-10см) -

СПЕИСЕР (-20 ГМ)

КАЛОРИИ, (~4c.ii.)

40 см

80 см

Рис. 1. Схема камеры 1ИЛ\т.ТОВ-95.

по скоординированной программе. В диссертацию включены предварительные результаты обработки по первым двум полетам ШЖЮВ-95 с экспозицией около 240 м2 ■ стер • ч.

Описывается конструкция детектора, представляющего собой многослойную эмульсионную камеру площадью 0.4 м2 с основными блоками (см. рис. 1): первичным (для определения заряда первичной частицы), мишенью (где ожидается взаимодействие), спейссроы (блок легкого вещества, предназначенный для расхождения после взаимодействия вторичных частиц, но которым определяется энергия) и тонким калориметром (~4 каскадных единиц —■ здесь в свинцовых пластинах развивается ливень, и блок используется как триггерный для выделения из общего фона высокоэнергичных событий). Основной чувствительный материал — ядерная эмульсия, слои которой расположены по всей высоте камеры (около 40 двухслойных пластин). В

калориметре имеется также рентгеновская пленка.

Приводится кратко общая схема обработки проэкспонированного материала. Основные этапы — 1)поиск высокоэнергичных событий в рентгеновской пленке в калориметре; 2)переход к ядерной эмульсии и поиск вершины взаимодействия, включающий в себя нахождение линии траектории частицы, а потом высоты точки взаимодействия на этой линии. Здесь же измеряются углы вылета вторичных частиц; 3)поиск трека первичной частицы; 4)определение энергии и 5)пересчет к энергетическим спектрам.

В следующих главах эти этапы рассматриваются более детально.

Во второй главе речь идет о процедуре поиска траектории частицы в камере. В нижней части калориметра, где ливни хорошо развиты, их легко найти в эмульсии, выше же процесс поиска становится все сложнее, особенно при переходе через спейсер. Важную роль в поиске взаимодействия играет размер площади эмульсии, которую мы должны просмотреть под микроскопом, что определяется точностью предсказания траектории события. Для повышения точности учитываются сдвиги и повороты отдельных слоев камеры друг относительно друга. Описывается алгоритм сшивки всех слоев камеры в единую систему координат с помощью опорных треков тяжелых ядер, проходящих всю камеру без взаимодействия. Алгоритм основан на том, что все следы, оставленные такими ядрами, во-первых, лежат на одной прямой, во-вторых, достаточно хорошо видны в эмульсии. Прослеживаются 8-10 таких треков, а затем решается система уравнений с ~200 неизвестными параметрами (сдвиги и повороты для каждого слоя плюс параметры прямой для каждого трека), которые находятся путем минимизации отклонений точек от прямых. Исследуются устойчивость и однозначность решения. Анализируются точность сшивки и точность

1 "Помимо ядерной эмульсии и обычной рентгеновской пленки в камере RUN JOB по всей высоте расположены рентгеновские пленки с усиливающими сцинтилля-ционными экранами, так называемые SXF (Screen type X-ray Films), позволяющие детектировать треки от ядер тяжелее кремния, что впрочем не имеет отношепия к данной работе, посвященной в основном протонам и гелию.

16 14 12 10 8 6 4 2 0

с!г, им

♦

♦

V ♦ + 4 * «

< « Л* V4

г, мм

О 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375

с!г, ММ

*

—4 ■ _*

«

О 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350

Рис. 2. Точность предсказания координат вершины взаимодействия по 5 (вверху) н 10 (внизу) слоям.

предсказания в зависимости от различных параметров, таких как количество измеренных точек для данного трека и высота между измеренными слоями и предсказаниями. На рис. 2 представлены распределения ошибок предсказания при поиске вершины взаимодействия в зависимости от высоты между вершиной и измеренными слоями по событиям RUNJOB-96. Вверху — для предсказаний по 5 измеренным слоям, внизу — по 10 для тех же событий. В первом случае отклонения составляют в среднем около 3 мм, доходя в отдельных случаях до 10 мм и выше, что явно неудовлетворительно, тогда как во втором — все точки лежат в пределах 2 мм, и средняя точность предсказаний составляет порядка 1 мм.

В третей главе описывается автоматизированная методика предсказания высоты вершины взаимодействия с помощью процедуры триангуляции по отдельным стволам события. Данная методика включает в себя 1)измерение координат отдельных стволов события по изображению, переданному с микроскопа на монитор компьютера с помощью так называемой CCD-камеры (Charge Coupled Device) и видеоплаты IMAGEPAQ-PQ/AT, в нескольких слоях; 2)идентификация (сопоставление) измеренных стволов в разных слоях; 3)определение расстояний между стволами; 4)предсказание высоты взаимодействия методом минимизации функционала суммы квадратов расстояний от измеренных точек до прямых при дополнительном условии, что все эти прямые имеют где-то общую точку. Анализируются условия существования решения такой системы. На рис. 3 представлен фрагмент работы программы триангуляции. (По вертикали здесь отложена высота в камере, и горизонтальные линии соответствуют отдельным слоям эмульсии. С левой стороны по горизонтальной оси отложены расстояния между стволами ливня, и через отдельные точки проведена система прямых с общей точкой. С правой стороны по горизонтальной оси — значение минимизируемого функционала, деленное на число точек. Видно, что имеется минимум значения функционала, там же, где прямые (слева) пересекаются.) Исследуются точности предсказа-

Рис. 3. Фрагмент работы программы триангуляции: слева - проведенные прямые, справа - функционал среднего отклонения (по вертикали - высота в камере ).

Рис. 4. Зависимость ошибки предсказания триангуляционного метода от параметра R/h для разного количества измеренных стволов N.

ния в зависимости от ряда параметров, таких как расстояние между вершиной и измеряемыми слоями h, радиус разлета стволов R и количество идентифицированных стволов N. На рис. 4 — зависимости средней ошибки предсказания вершины по высоте 6hcp, полученной по искусственным взаимодействиям, разыгранным по модели кварк-глюонных струн с дополнительным розыгрышем ошибки в координатах стволов ливня в пределах 2 мкм (что близко к реальным точностям координатных измерений), для некоторого набора параметров h, R, N, от величины R/h, которая является по сути углом разлета стволов ливня. Для всех значений N в логарифмической шкале по обоим осям зависимости хорошо приближаются прямыми с наклоном

~ —1, что означает в обычной шкале зависимость 5Иср ~ (Л/Л)-1. С учетом реальных значений Я/Н в эксперименте ГШШОВ (не меньше 5 -г 7 х Ю-4) в основном точности лежат в пределах 1 см по высоте. Реальные события НиШОВ-95 и ШЛМЛОВ-96 с четкими структурами подтверждают эти выводы. В этой же программе триангуляции проводится определение углов вылета вторичных частиц (для нахождения энергии).

В четвертой главе описывается методика поиска первичной частицы. В случае тяжелых ядер это не сложно, но для более легких и, особенно, протонов, из-за большого фона и слабости искомого трека точности предсказания координат в 1 мм явно не хватает. Для повышения точности была разработана методика, подобная той, что применялась для сшивки камеры, только с использованием локальных опорных треков, которые находятся в районе радиусом несколько миллиметров вокруг события. Точность таких предсказаний составляет ~100 мкм (что уменьшает площадь сканирования в ~100 раз).

В пятой главе рассматривается методика определения энергии первичной частицы по углам вылета вторичных частиц (так называемый метод — 9, или импульсно-угловых, корреляций). Энергия, выделившаяся во взаимодействии в электромагнитную или заряженную компоненту, выражается через поперечные импульсы и углы вторичных частиц как

Простейшее приближение в данном случае — это хорошо известный метод рг-сош!;, когда значение поперечного импульса вторичных частиц рь полагается независимым от угла их вылета 9. Этот метод, однако, не работает в переднем конусе вылетающих частиц, т.е. при самых малых что, вообще говоря, очевидно: рц для —> 0 также должен уменьшаться и стремиться к 0, иначе энергия таких частиц стремилась бы к бесконечности. В эксперименте ГШШОВ была поставлена задача определения энергии первичной частицы именно по этим са-

мым быстрым частицам, не привлекая остальных и заметно снижая тем самым трудоемкость процесса обработки. Описывается корреляционная зависимость поперечного импульса и угла вылета частицы, конкретная аппроксимационная формула которой для налетающего протона предложена в эксперименте ГШШОВ по данным чакалтай-ского высокогорного эксперимента:

<Рг > (в) =р0(1-ехр(-в^:Еу/Ео)), (2)

где вторичные частицы — 7-кванты, а ро и £о — слабо растущие с энергией параметры. Эта же зависимость хорошо согласуется с данными, полученными в результате розыгрыша по модели кварк-глюонных струн (генератор МО,). Подставляя указанную аппроксимационную зависимость в формулу для энергии (1), получаем

г "1 £0 г Щ i

т.е. К(е) = 1, (3)

где для краткости использованы обозначения

I ш 1 Щ

где ш = £о/ро- При исследовании зависимости функции К от энергии получается гиперболоподобная функция, которая всегда имеет решение, причем однозначное, которое несложно найти методом касательных.

Чтобы найти углы вг, нужно знать не только координаты каждого ствола Х{, но и координаты оси ЛИВНЯ Хс, У С'-

0< = ТЧ/А, где т\ — — Хс)2 + (у. — Ус)2- (4)

Мы можем воспользоваться обычным геометрическим центром:

п п

Е XI Е Уi

Хс = Ус = (5)

п п

что, однако, является довольно грубым приближением. Поэтому применим закон сохранения импульса:

¿Й4 = 0, (6)

¿=1

а импульсы выразим через аппроксимацию (2). Путем несложных преобразований получаем

.Е Х1х{щ) УЛ(и,)

= Ц*———, Ус = Ц—-—. (?)

Е хЮ Е ХЫ

«=1 г—1

где щ — введенная выше функция углов 0,- и энергии е.

Применим для нахождения энергии е итерационную схему: 1. В качестве первого приближения воспользуемся геометрическим центром и методом Р(-сопб1;. 2. Найдем новое значение энергии, решая уравнение (3). 4. Пересчитаем координаты центра по (7). 5. Вернемся к п.2 и т.д.

Для случая ядер: взаимодействие ядро-ядро рассматривается как суперпозиция нуклон-нуклонных взаимодействий. Тогда уравнение (1) для протонов видоизменяется следующим образом:

¡=Ц=\ ¿=11=1 г=1

где N = £ А^-. Применяя аппроксимацию (2), получаем вместо урав-¿=1

нения (3) подобное ему

К(е) = Л^ (9)

где ЛГШ — число взаимодействующих нуклонов, а е здесь — средняя £ Е-, на один взаимодействующий нуклон. Уравнение (9) аналогично (3) всегда имеет решение, причем однозначное.

Для нахождения числа взаимодействующих нуклонов в эксперименте ШЖЮВ была предложена идея использования спектров вторичных частиц во взаимодействии. А именно, учитывается эмпирически полученное экспоненциальное распределение по / = Е-у/е для

нуклон-нуклонного взаимодействия

(где по — некоторая средняя эффективная множественность нуклон-нуклонного взаимодействия, величина порядка 6-8) и для ядро-ядерного как суперпозиции нуклон-нуклонных

Подставляя в определение /, = Ег/е значение Ei согласно используемой нами рг — 0 корреляционной зависимости (2), находим, что существует простая связь fi с прежним обозначением х(и0:

Таким образом, из этого распределения, зная энергии, мы можем найти значение Метод был реализован итерационной схемой последовательных приближений аналогично методу для протонов с добавлением еще одного шага — вычисления очередного приближения для значений .

Описывается тестирование первого метода па чакалтайских событиях с известной энергией, полученной фотометрированием пятен от каскадов в рентгеновской пленке, а также тестирование обоих методов на низкоэнергичной части событий 1ШШОВ-95, энергию которых удалось определить также фотометрированием в рентгеновской пленке тонкого калориметра. Наблюдается хорошее согласие методов — в корреляций с фотометрическими измерениями.

Далее методы определения энергии рассматриваются более подробно в приложении к искусственным событиям, разыгранным в виде спектра по модели кварк-глюонных струн. Анализируются точности этих методов и функции искажения спектров ^иск = (^/¿Еизм)/(бШ/<2£ист), где Еты представляет собой получен-

ную методом Р( — в корреляций, а ЕИСТ — это истинная Т, Еу с учетом критериев отбора. Метод для протонов дает относительную дисперсию

(И)

/< = хЫ)-

(12)

при переходе к полной энергии частицы (т.е. с учетом флуктуаций в к7 = £ Ео) 0.56, тогда как для реальной £ Е~( с учетом критериев отбора аналогичная дисперсия — 0.53. При этом полученный спектр практически повторяет спектр для реальной £ Е7 с учетом критериев отбора. На рис.5 (вверху) приведена функция искажения спектра. Исследуется также зависимость метода от первого приближения и от процедуры определения центра события.

Аналогичные исследования проводятся для метода определения энергии ядер на примере гелия. Показано, что такой метод (в табл. 1 — метод (1)) сильно зависит от первого приближения, в результате чего не удается правильно разделить число взаимодействующих нуклонов Ии, и среднюю энергию е, выделившуюся на один взаимодействующий нуклон. Однако распределение по полной £ Е-у = Лгш х е (в табл. 1 — метод (2)) обладает неплохой относительной дисперсией при переходе к Ео (0.61) и в нашем пока небольшом интервале энергий (~ 2 4- 20 ТэВ по £ Е^) повторяет спектр для реальной £ Е1 с учетом критериев отбора. При больших энергиях этот метод приводит к все большему занижению энергии. Автором предлагается другой метод определения энергии ядер — без дополнительных итераций по нахождению в каждом конкретном взаимодействии (см. уравнение (4)), а с использованием некоторого среднего значения Такой метод полностью сохраняет стабильность, выявленную в методе для протонов. Главная задача здесь — подобрать подходящее эффективное среднее значение Лгш для данного типа взаимодействующих ядер. Из-за критериев отбора, возникающих в процессе регистрации 7-квантов, такое значение должно быть меньше реального среднего числа взаимодействующих нуклонов. Описывается подбор такого среднего эффективного значения < Ат„, > для ядер гелия. Дисперсия (в табл. 1 — метод (3)) при этом (0.68) оказывается сравнима с дисперсией метода е х и полученный спектр хорошо повторяет спектр для реальной Т.Е~,с учетом критериев отбора. (На рис.5 (внизу) приведена функция искажения спектра для гелия по методу с подобранным эффективным < >= 1.2.)

к

•г иск 1.

1.

1. 1.

I.

о, о. о. д.

0.

ЕЕ7. ТэВ

тг

А иск

1.

1.

1. 1.

1. 0. 0. 0. 0. о.

Рис. 5. Функция искажения спектров Риск=((Ш/(1Еизм)/(с1Ы/йЕист) для протонов (вверху) и для гелия (внизу) методом с <

Таблица 1. Относительные дисперсии для распределений по энергиям Е Ет

<т, протоны <7, гелий

реальная полная Е Е™ 0.43 0.41

реальная £ (с критериями отбора) 0.53 0.50

метод р; — в корреляций (1), £ 0.56 0.74

метод рь — в корреляций (2), £ х _ 0.61

метод рг — в корреляций (3), < > _ 0.68

метод с геом. центром 0.71 0.84

В шестой главе проводится анализ экспериментального материала, полученного по камерам 1ШШОВ-95. Приводится таблица зарегистрированных событий, которая включает 119 протонов и 26 ядер гелия. Описывается процедура построения спектров, включающая в себя учет эффективности регистрации камеры и переход от спектров на глубине камеры к спектрам на границе атмосферы.

Далее представляются предварительные результаты по спектрам, полученные по данным ЛиШОВ-95. Проводится сравнение с результатами других экспериментов. Описывается также приложение автором развитых методов определения энергии к банку событий ГШШОВ-95 с учетом найденных поправок. Полученные результаты сравниваются с представленными ранее. В пределах статистических ошибок можно сказать, что изменений при этом не возникает.

На рис.6 — спектр протонов по данным ГШШОВ-95 (в сравне-

НИИ с экспериментами "Сокол" 2*, ЛАСЕЕ 3*, MUBEE (В.И.Зацепин и др.) 4*, а также с данными при более низких энергиях — IM АХ 5*, и М.Райен и др. 6* Спектр протонов RUNJOB-95 представляется в диапазоне энергий 10-100 ТэВ и описывается степенным законом с показателем 7 = 2.8 ± 0.2. С данной степенью точности можно сказать, что заметного укручения в спектре протонов в данном диапазоне энергий не наблюдается. Полученная абсолютная интенсивность не противоречит данным других экспериментов.

Спектр ядер гелия представляется в диапазоне энергий 3-30 ТэВ/нуклон. Статистика по гелию (26 событий) еще недостаточна для того, чтобы делать здесь окончательные выводы. С данной степенью точности можно сказать, что спектр ядер гелия в данном диапазоне энергий описывается степенным законом с показателем 7 = 2.7±0.4, и заметного укручения в нем не наблюдается. Полученная абсолютная интенсивность примерно в 2 раза ниже, чем в экспериментах JACEE, "Сокол" и MUBEE, но лежит на продолжении результатов экспериментов при более низких энергиях (IMАХ, М.Райен и др.), но, как уже говорилось, окончательных выводов отсюда делать нельзя, так как статистика еще мала и результаты сугубо предварительные.

Ожидается больший объем статистики и в более широком диапазоне энергий, когда будет закончена обработка данных RUNJOB-96 и RUNJOB-97. Планируется также проведение новых полетов.

В заключении приведены основные выводы по результатам выполненной диссертационной работы:

1. Создана прецизионная автоматизированная методика обработки данных эмульсионной камеры:

"Иваненко И.П., Шестоперов В.Я., Подорожный Д.М. и др. Известия АН, сер.

физ., 1993, т.57, 7, с.76.

3*Asakimori К., Burnett Т.Н, Cherry M.L et al. Ртос. о}24th 1CRC, Rome, v.2, p.707.

4*3ацепин В.И., Лазарева T.B., Сажина Г.П. и др. Ядерн. физ., 1994, т.57, вып.4, с.684.

5*Swordy S.P., Berwick S.W., Beatty J.J. et al., Ртос. of 24th ICRC, Rome, 1995, v.2, p.652.

6 * Ryan M.J., Balasubramanyan V.K., Ormes J.F. Phys. Rev. Lett., 1972, v.28, p.985.

■ + : ШАХ л. : МИВЕЕ

ю5 г : Буап еЬ а1. ▼ : ЛАСЕЕ

■ я : ЗОКОЬ О о : Е.ЦШОВ-95

10' г

10' г

103 г

п

•г

Ю1

и II-

| и.11нЬ-

|| I I I I Щ||

101

ю2

10*

1 (I4 1 о5 Ео (ГэВ/н)

10'

Рис. 6. Спектр протонов по данным К1ЖЮВ-95 в сравнении с данными других экспериментов. Добавлен спектр (о), пересчитанный автором.

— сшивка всех слоев камеры в единую систему координат по опорным трекам тяжелых ядер, проходящих все слои без взаимодействия, и предсказание траектории событий. Точности предсказания в среднем около 1 мм;

— предсказание высоты вершины взаимодействия первичной частицы в камере посредством триангуляции по отдельным стволам события. Точности предсказания в основном находятся в пределах 1 см по высоте;

— поиск трека первичной частицы с помощью дополнительных (локальных) опорных треков тяжелых ядер. Точности предсказания в основном составляют ~ 100 мкм.

2. Развиты предложенные в эксперименте RUN JOB новые методы определения энергии первичной частицы по углам вылета самых быстрых вторичных 7-квантов. Проведено тестирование и сравнение этих методов по искусственным событиям для протонов и ядер гелия, получены точности определения энергии и функции искажения спектров. Относительные дисперсии при переходе к полной первичной энергии составляют для протонов — 0.56, для гелия по разным методам — в районе 0.6-0.7.

3. При участии автора обработана экспозиция Российско-Японского совместного баллонного эксперимента RUNJOB 1995-го года. Получены предварительные результаты.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Зацепин Г.Т., Ошуев Д.С., Ракобольская И.В. и др. Российско-японский баллонный эксперимент (RUNJOB) по изучению химического состава и спектра первичного космического излучения в области энергий 1-500 ТэВ. Известия РАН, сер.физ., 1997, т.61, 6, с.1186-1190.

2. Apanasenko A.V., ... , Oshuev D.S. et al. (RUNJOB Collaboration) Methodology for primary cosmic ray observation in RUNJOB program — Chamber designing and data processing.Proc. of 25th ICRC, Durban, 1997, v.5, p.9-12.

3. Apanasenko A.V.,..., Oshuev D.S. et al. (RUNJOB Collaboration) The development of triangulation methods for searching of vertex points in emulsion chambers. Proc. of 25th ICRC, Durban, 1997, v.5, p.301-304.

4. Ichimura M., Oshuev D.S., Roganova T.M., Sveshnikova L.G., Zatsepin G.T. The using of triangulation methods for the searching of interaction points in emulsion chambers. Preprint INP MSU 97-44/495, Moscow, 1997, 26p.

5. Apanasenko A.V.,... , Oshuev D.S. et al. (RUNJOB Collaboration) Energy determination for RUNJOB experiment (1) — Proton and helium component. Proc. of 25th ICRC, Durban, 1997, v.7, p.277-280.

6. Apanasenko A.V.,... , Oshuev D.S. et al. (RUNJOB Collaboration) Energy determination for RUNJOB experiment (2) — Heavy component. Proc. of 25th ICRC, Durban, 1997, v.7, p.281-284.

7. Kuramata S., ... , Oshuev D.S et al. On the problem of particle energy determination in the range 1-300 TeV in emulsion chambers by emission angles of fastest secondaries. Preprint INP MSU-97-45/496, Moscow, 1997, 23p.

8. Apanasenko A.V.,... , Oshuev D.S. et al. (RUNJOB Collaboration) Proton and Helium spectra obtained by the first RUNJOB campaign. Proc. of 25th ICRC, Durban, 1997, v.4, p. 137-140.