Низкоэнергетическое гамма-излучение на орбитальном комплексе "Мир" по данным спектрометра на сжатом ксеноне тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

г ;; 0/1

1 8 ОКТ Ш5

На правах рукописи

Кривов Сергей Владимирович

НИЗКОЭНЕРГИЧНОЕ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ НА ОРБИТАЛЬНОМ КОМПЛЕКСЕ "МИР" ПО ДАННЫМ СПЕКТРОМЕТРА НА СЖАТОМ КСЕНОНЕ

01.04.01 - техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автор:

Москва • 1996 г.

Работа выполнена в Московском государственном инженерн физическом институте (техническом университете).

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Гальпер А.М.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Григорьев В. А. кандидат физико-математических наук, Терехов О. В.

Ведущая организация: НИИЯФ МГУ

Защита состоится ",}В_" НаЯ.<5~рЗ\ 1996 г. в ^ час. 30 ми на заседании диссертационного совета К053.03.05 в МИФИ по адрес 115409, Каширское шоссе, д. 31, тел. 323-91-67.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одж экземпляре, заверенный печатью организации.

Автореферат разослан секта 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

' ' А.Н.Гудк!

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Исследование линейчатого космического -амма-излучения является одной из интереснейших задач современной астрофизики. Во многих научных работах (более тысячи), как отечественных, так и зарубежных, рассматриваются экспериментальные и теоретические аспекты проблемы.

Одним из наиболее значительных достижений в астрофизике за последние десятилетия является открытие гамма-всплесков. Однако, несмотря на то что общее число проведенных экспериментов превысило несколько десятков, природа гамма-всплесков до сих пор остается невыясненой. Недостаточная определенность экспериментальной ситуации не позволяет даже сделать уверенный выбор между галактическими и метагалактическими моделями.

Широко используемые сегодня сцинтилляционные детекторы позволяют проводить спектрометрический анализ гамма-излучения с разрешением не лучше 8-10 %, что является недостаточным для надежного выделения спектральных гамма-линий и определения их параметров. Полупроводниковые же детекторы пока не находят широкого применения для спектрометрии космических гамма-всплесков из-за малых площадей и быстрой деградации своих свойств вследствии накопления радиационных повреждений от потоков заряженных частиц.

Для выяснения природы источников линейчатого гамма-излучения имеет первостепенное значение создание качественно новых приборов с энергетическим разрешение не хуже 3-ь4% и площадями в сотни квадратных сантиметров. Кроме того представляет значительный научный интерес изучение фоновых условий в которых проводятся измерения потоков излучения космического происхождения.

Цель работы. Настоящая работа посвящена созданию спектрометра высокого разрешения нового типа для изучения космического гамма-излучения, созданию стенда для калибровки спектрометрической аппаратуры, калибровке спектрометра, проведению эксперимента "Букет" на борту орбитального комплекса "Мир", созданию полной системы обработки экспериментальных данных, исследованию спектров фонового космического гамма-излучения, поиску всплесков. Исследование проводилось с помощью разработанного гамма-спектрометра "Ксения", созданного на основе ионизационной камеры на сжатом ксеноне и имеющем высокое энергетическое разрешение ~3%.

Новизна работы:

- впервые в практике экспериментальных исследований линейчатого гамма-излучения, в том числе и на космических аппаратах, использован новый тип спектрометра на основе ионизационной камеры на сжатом ксеноне, обладающий относительно высоким энергетическим разрешением, стабильностью работы в условиях реального полета в околоземном космическом пространстве (орбитальная станция "Мир");

з

- с помощью спектрометра высокого разрешения измерено фоно! гамма-излучение на борту орбитального комплекса (ОК) "Мир";

- создана универсальная система полной физической обработ информации эксперимента по регистрации и анализу малоэнергич» гамма-излучения, нетрадиционной частью которой является обрабо-спектральных данных детектора высокого разрешения на сжатом ксенон

Научная и практическая ценность работы.

Разработан и создан новый тип спектрометра на сжатом ксено обладающий высоким энергетическим разрешением. Пятилет! эксплуатация спектрометра на борту ОК "Мир" показала высок надежность и стабильность работы спектрометра. Деградации свой спектрометра (с учетом ошибок измерений) не обнаружено.

Область возможного применения спектрометра, пом* астрофизических исследований, может включать радиациот мониторинг окружающей среды, геологическую разведку, медицину и пр

Результаты измерения фоновых условий на борту ОК "М] позволяют с большей определенностью планировать предстоящ измерения космического излучения.

Разработано программное обеспечение обработки спектров мягк гамма-излучения, поиска и анализа гамма-линий. Программ: обеспечение имеет достаточно универсальный характер и может б: использовано при других применениях ксенонового спектрометра.

Представленные результаты могут быть использованы в работах И РАН, ФИАН, ГЕОХИАН, НИИЯФ МГУ, ИПГ, ИМБП и др. организаци.

Автор защищает:

1. Методику проведения исследований космического гамма-излуче в диапазоне энергий 0.1-8.0 МэВ на борту орбитального комплекса "М с помощью спектрометра нового типа на основе ионизационной камеры сжатом ксеноне.

2. Систему первичной и полной физической обработки информа эксперимента "Букет", программное обеспечение полного цикла обрабо экспериментальных данных, включающего поиск и анализ лини? энергетических спектрах.

3. Создание банка данных эксперимента "Букет" за 4.5 эксплуатации аппаратуры.

4. Результаты измерения фоновых потоков малоэнергич? космического гамма-излучения на борту ОК "Мир".

5. Результаты измерения фоновой аннигиляцонной у-линии 511 кэ определение ее происхождения.

6. Стенд настройки и калибровки для автоматизации проц< настройки и тестирования космофизической аппаратуры.

7. Проведение калибровки и испытаний гамма-спектрометра "Ксеш

8. Выбор вида амортизирующих элементов подвески спектром) "Ксения", позволивший подавить вибропомехи.

9. Блок "контрольный генератор" спектрометра "Ксения", обладаю высокой стабильностью амплитуды выходных импульсов (<0.1%

обеспечивающий контроль за разрешением спектрометра и его рабочими характеристиками.

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на XXI Международной конференции по космическим лучам (Аделаида, 1990), XXIII Международной конференции по космическим лучам (Калгари, 1993), Международной конференции по космическим лучам (Москва, 1994), Международной конференции по жидкостным детекторам (Токио, 1992), конференции "Приборы для ультрафиолетовой, рентгеновской и гамма астрономии" в рамках симпозиумов общества The International Society for Optical Engineering (Сан-Диего, 1992, 1993, 1994), Всесоюзном семинаре по гамма-астрономии (Звенигород, 1991), 1-ой Всесоюзной конференции по радиационной стойкости элементов РЭА в условиях КП (Томск, 1991), Международной научно-технической конференции по физическим методам исследований (Турция, 1993), Всесоюзной конференции "Приборы для экологии - 92" (Ужгород, 1992), Всероссийской межвузовской научно-практической конференции "Конверсия вузов - окружающей среде" (Екатеринрург, 1994), XXXII научной конференции МИФИ (Москва, 1987).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 12 печатных работах и 3 отчетах по НИР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации - страниц, включая VI рисунков. Список

литературы содержит 13? наименований.

Содержание работы

Во введении к диссертации рассматривается важность и практическая ценность работы, обосновываются актуальность исследования и научная новизна, указываются цели исследования и формулируются основные положения, выносимые автором на защиту.

Первая глава диссертации посвящена обзору экспериментов по регистрации космических гамма-всплесков. Прослеживается связь между все более возрастающими требованиями, предъявляемыми научной задачей к характеристикам детектирующих приборов, и развитием приборного "парка" космических исследований.

Исследования космических гамма-всплесков проводятся за пределами атмосферы на фоне значительных потоков заряженных частиц (е-, р), нейтронов и гамма-излучения, возникающих при воздействии этих частиц с веществом регистрирующей аппаратуры, ее носителя (спутника, аэростата) и атмосферы. При работе на космическом аппарате его собственное свечение может значительно превосходить интенсивность первичного космического излучения. Исследование интенсивности и спектрального состава гамма-излучения, испускаемого атмосферой Земли,

а также их зависимости от широты и долготы (пороговой жесткост геомагнитного обрезания) в широком интервале геомагнитных координа является интересной самостоятельной задачей. Установление связе: между характеристиками альбедного гамма-излучения и геомагнитны! обрезанием чрезвычайно важно и для чисто гамма-астрономически экспериментов. Даже для ориентированных в зенит приборов альбедно излучение Земли является одним из источников фона, которы невозможно устранить полностью и который необходимо учитывать пр интерпретации данных.

В фоновом излучении могут присутствовать различные у-линии, чт затрудняет выделение линий космического происхождения.

Почти 30-летняя история исследования космических гамм; всплесков наглядно показала, что это явление столь же трудно в изучени сколь и загадочно по своей природе. До сих пор остаются открытым основные вопросы: с каким классом астрономических объекто отождествляются источники гамма-всплесков и каков механизм генераци излучения во всплеске.

Решение проблемы происхождения гамма-всплесков требуе создания научной аппаратуры нового поколения, которая работая условиях космического полета сочетала бы в себе:

• высокое энергетическое разрешение ( < 3%);

• высокое временное разрешение ( < 1 мс);

• большие эффективные площади ( > 0.5 м2);

• угловую направленность;

• радиационную стойкость;

• стабильность свойств в течении нескольких лет проведен* эксперимента.

Особенно важной и актуальной в свете противоречивс экспериментальной ситуации сложившейся между данными обсерватор* СйЮ и данными предшествующих наблюдений является спектрометр! излучения гамма-всплесков с энергетическим разрешением лучи нескольких процентов, поиск гамма-линий.

Сегодня не только не создано такой аппаратуры, но и сре; традиционно используемых детекторов нет приборов отвечающ! предъявляемым требованиям. В связи с этим существует насущн; необходимость развития нетрадиционных методов спектрометрии гамм излучения и создания на их основе новых более современных приборо Этой задаче и посвящена настоящая работа.

Во второй главе диссертации дается краткое описание аппарату} "Букет", предназначенной для изучения космических гамма-всплесков.

Аппаратура "Букет" включает в себя 5 сцинтилляционных детектор для выделения всплеска гамма-излучения и определения направления его источник (НВ1-НВ5) и сцинтилляционного детектора спектрально анализа излучения всплеска (СВ).

В состав аппаратуры "Букет" также входит гамма-спектрометр нового типа "Ксения" - на основе ионизационной камеры на сжатом ксеноне. Спектрометр "Ксения" имеет разрешение ~3 % при энергии гамма-квантов 1 МэВ и предназначен для спектрометрии гамма-излучения всплеска. Общий вид спектрометра "Ксения" показан на рис. 1. Детектирующим элементом спектрометра является ионизационная камера на сжатом ксеноне. Для защиты от излучения идущего с боковых направлений и снизу детектор помещен в свинцовый стакан толщиной 15 мм. В результате чего апертура спектрометра составляет ~240°. Кроме этого детектор со всех сторон окружен защитой из пластического сцинтиллятора, включенной на антисовпадение с сигналом детектора.

Детектор представляет собой плоскую ионизационную камеру наполненную сжатым ксеноном до плотности ~ 0.6 г/см^ , что соответствует при нормальных условиях давлению 60 атмосфер. Для улучшения временных характеристик детектора в ксенон добавлено ~0.5 % водорода.

Для контроля коэффициента усиления спектрометрического тракта, контроля шумов электроники и мертвого времени прибор "Ксения" содержит блок контрольный генератор. Его задачей является выработка эталонных импульсов амплитудами ~ 10 и 20 мВ с частотой 100 Гц. Импульсы через разделительную емкость подаются непосредственно на

вход сигнальный электрод детектора. Температурная стабильнос амплитуд импульсов генератора не хуже 0.1% в диапазоне температур И 50 °С. Долговременная стабильность амплитуд импульсов (за 4.5 год также не хуже 0.1 %.

Прием сигналов, поступающих из детектирующих блоков, ] обработка и передача в систему телеметрии осуществляется блоке электроники (БЭ) аппаратуры "Букет". Микропроцессор БЭ произвол обработку информации по программе, зашитой в ПЗУ. Продолжительное и последовательность всех измерений, задаются таймером бортов системой времени с периодом 4 мс. Если в течении нескольких секу процессор не обрабатывает метки времени аппаратно производит перезапуск программы. Режим работы программы задается матриц релейных переключателей, управление которой осуществляется из Цент управления полетом с помощью команд радио-релейной линии.

Аппаратура работает в двух режимах: дежурном и всплесковом. время дежурных измерений (при отсутствии всплесков) длительное одного цикла измерений составляет 81.96 сек. По истечении време измерения формируется выходной файл со сжатием набранн информации Переход к регистрации всплеска наступает в момент резк( возрастания интенсивности гамма-излучения. В этот момент программ на основании анализа темпов счета детекторов НВ в энергетическом 01 50+150 кэВ вырабатывается маркер "всплеск". Для перехода всплесковый режим достаточно возрастания интенсивности только в оде детекторе.

Маркер "всплеск" прерывает дежурное измерение и перево; микропроцессор на работу по всплесковой программе. Всплеско: программа заключается в более детальных, по сравнению с дежурны измерениях во всех информационных каналах аппаратуры.

Всплесковая программа имеет длительность 90 с, при э-формируется и выводится в систему телеметрии 9 файлов за фиксированных интервалов времени (фаз).

Разбиение всплеска на фазы является условным и служит лишь удобства работы с потоком информации и уменьшения потерь при сбс После отработки всплесковой программы аппаратура переходит ожиданию нового всплеска. В процессе ожидания информационные фай накопленные в период всплеска, выводятся в систему телеметр Дежурные измерения ведутся как обычно.

В третьей главе описана методика калибровки спектромб "Ксения". Дано описание специально разработанного стенда.

Испытания и калибровка научной аппаратуры состояла из несколь этапов:

1. автономной калибровки детектирующих блоков,

2. автономных испытаний и калибровки аппаратуры в сбор* лабораторных условиях,

3. автономных испытаний в составе орбитального модуля "Крист; на технологическом комплексе космодрома "Байконур" (ТК),

4. комплексных испытаний в составе орбитального модуля на ТК.

Для калибровки спектрометра "Ксения" в МИФИ был разработан специальный стенд настройки и калибровки (СНК) на базе управляющего вычислительного комплекса УВК "Мера-60". СНК предназначен для настройки, испытаний и калибровки гамма-спектрометра "Ксения", он обеспечивает следующие возможности:

1) питание прибора от стабилизированного источника;

2) управление прибором с помощью подачи команд;

3) измерение спектров ксенонового детектора в двух энергетических диапазонах одновременно с аппаратным выделением импульсов контрольного генератора;

4) контроль темпов счета сцинтилляционной защиты детектора;

5) автоматический контроль напряжений и температур в контрольных точках прибора;

6) интерактивная обработка спектров;

7) хранение и сортировка файлов со спектрами и результатами их обработки на НГМД и НМЛ;

8) интерактивная обработка результатов калибровки с выводом калибровочных зависимостей в виде графиков и таблиц.

СНК включает в себя следующее оборудование:

- управляющий вычислительный комплекс "МЕРА-60";

- накопители на магнитной ленте;

- крейты "Вектор" и КАМАК с набором серийных блоков;

- специально разработанные блоки КАМАК - блок связи с прибором, блок подачи команд, блок контроля аналоговой и температурной телеметрии;

- блок питания прибора;

- цветной графический дисплей.

Программное обеспечение СНК представляет собой набор программ УВК, разработанных для "МЕРА-60", и позволяющих реализовать аппаратные возможности стенда.

На стенде проводились исследования характеристик детекторов на сжатом ксеноне: выбор оптимальной конструкции, состава газовой смеси, напряжения питания, времени формировки усилителя и пр.

В процессе калибровке были получены калибровочные предполетные зависимости детектора на сжатом ксеноне, спектрометра "Ксения" в автономном режиме, спектрометра "Ксения" в составе аппаратуры "Букет". На рис. 2 показан спектр калибровочного источника Сэ137, измеренный прибором "Ксения" (энергетическое разрешение 3.8% при энергии 662 кэВ).

На этом же стенде проводилась обработка результатов испытаний аппаратуры "Букет" на ТК. Комплексные испытания на ТК проводились с использованием штатной телеметрической системы спутника. Информация сбрасывалась на широкую магнитную ленту, а затем переписывалась в стандарт ЕС ЭВМ и обрабатывалась на СНК.

Комплексные испытания включали в себя как дежурные измерения, когда гамма-источник Сб137 постоянно располагался поблизости одного из

детекторов или вообще отсутствовал, так и всплески. Имитация всплес осуществлялась быстрым приближением источника к пpoвepямo^ детектору.

§ 7500

1|еэш-137

I

Рис 2. Спею калибровочного и точника Сб137, изм ренный приборе

"Ксения".

0

I " " ' I'''' ' I''' " I'' '■' I''''' |Тгм I |

40 60 80 100 120 140 160 180 200

Номер канала

Четвертая глава посвящена проведению эксперимента "Букет" I борту ОК "Мир" в период с 16.07.90 по 31.12.94.

Модуль "Кристалл" выведен на орбиту 31.05.90 и пристыкован станции "Мир" 7.06.90. Первое включение аппаратуры произведе: 16.07.90, измерения продолжаются по настоящее время.

Первый месяц эксплуатации аппаратуры был посвящен выбо] оптимального режима измерений. Выбор порога устройства выделен] всплеска основывался на частоте ложных срабатываний аппаратуры.

В первых сеансах было обнаружено снижение энергетическо разрешения спектрометра "Ксения" по сравнению с предполетнь состоянием, что было связано с влиянием вибраций корпуса орбиталь» станции и акустических шумов. После установки спектрометра специально разработанные и доставленные на борт амортизато} энергетическое разрешение для энергии гамма-излучения 1 М; составляло 3.0+5.6 % в зависимости от текущих вибропомех.

Калибровка спектрометрического тракта прибора "Ксения" по пик; контрольного генератора за первый год эксплуатации показала что дре! положений пиков составляет не более 0.2%. Изменения свойс спектрометра не обнаружено.

Коэффициенты усиления сцинтилляционных детекторе испытывающие дрейф по времени, подвергались коррекции с помощ] команд радио-релейной линии.

В пятой главе описана система обработки информации эксперимен по изучению спектров гамма-всплесков, которая состоит из 2 этапов: первичной обработки данных и их накопления, 2) физической обработ накопленной информации.

В процессе первичной обработки проводилась выборка информации из общего телеметрического потока, фильтрация сбоев, разделение данных на отдельные дежурные и всплесковые измерения, экспресс-контроль состояния аппаратуры, сбор исходных данных для расчета орбиты и ориентации, архивация информации.

Физическая обработка информации эксперимента "Букет" проводилась в рамках специально разработанной базы данных. Система управления базой данных (СУБД) работает в диалоговом режиме, она позволяет:

- преобразовывать входную информацию в формат банка данных с расчетом баллистических и навигационных параметров,

- осуществлять быстрый поиск информации в банке,

- просматривать информацию в виде таблиц и графиков на экране компьтера,

- проводить выбор из всей информации данных, удовлетворяющих заданным ограничениям на область, направление, время измерения, ориентацию и прочее,

- восстанавливать спектры спектрометра "Ксения": переходить от зависимости "число отсчетов - канал" к зависимости "поток гамма-излучения - энергия",

- анализировать полученные данные на предмет их корреляции с солнечными вспышками, Кр-индексом состояния магнитосферы Земли, землетрясениями,

- осуществлять сложение и вычитание спектров, устранение дифференциальной нелинейности, аппроксимацию участка спектра модельной функцией и ряд других операций.

В соответствии с задачей эксперимента особое место в системе обработки занимает задача восстановления энергетических спектров прибора "Ксения". По характеристикам функции отклика детектор на сжатом ксеноне уступает полупроводниковым детекторам, а по сравнению с сцинтилляторами Nal выигрывает в 2+3 раза по разрешению, но во столько же раз проигрывает по отношению пик/комптон, см. рис. 2. В связи с этим методы обработки спектров с детектора на сжатом ксеноне не являются повторением методов разработанных для полупроводниковых и сцинтилляционных детекторов, а несут в себе специфические особенности. Из нескольких опробованных алгоритмов наилучшие характеристики показал итерационный метод с регуляризацией. Оптимизация алгоритма позволила получить метод восстановления с быстрым (2+3 минуты на IBM PC-386DX-40) и надежным схождением к наилучшему решению. Требуемая оперативная память около 100 кбайт. Поиск линий в восстановленном гамма-спектре осуществляется автоматически методом анализа второй производной. Разработаны и внедрены также алгоритмы модельного восстановления спектров.

Шестая глава диссертации посвящена измерению фоновых условий на борту ОК "Мир", поиску космических гамма-всплесков.

За первые четыре с половиной года эксперимента объем полученной информации составил ~61 ООО дежурных измерений, что соответствует примерно 33 суткам чистого времени.

Фоновый спектр гамма-излучения, измеренный на борту орбитально комплекса "Мир" в экваториальной области с помощью спектромет "Ксения" показан на рисунке 3. Он на порядок превышает межпланетш уровень и в несколько раз превышает спектр гамма-излучени измеренный на высотных аэростатах. Высокий уровень фона определяет в первую очередь большой массой конструкций орбитального комплекс попадающих в апертуру спектрометра и создающих рассеянное гамь излучение, а также наличием на борту уранового контейнера искусственным радиоактивным источником мягкой посадки Сб1 создающим в месте установки спектрометра "Ксения" пот интенсивностью порядка 15 фотонов на сантиметр квадратный в секунд} интервале энергий от 170 до 260 кэВ. Тем не менее фоновый урове гамма-излучения на порядок меньше интенсивности зарегистрированн ранее мощных гамма-всплесков, что позволяет проводить изучение характеристик.

200 300 400 500 600 700 800 900 1С

Энергия, 1

Рис. 3. Фоновый спектр гамма-излучения на экваторе, измеренный гамма-спектрометром "Ксения.

Влияние контейнера с искусственным источником демонстрщ эксперимент по перестыковке транспортного корабля "Союз" на бс которого находится контейнер с одного стыковочного узла на дру После перестыковки интенсивность излучения в области энергий 200-кэВ понизилась в полтора раза. Это связано с тем что после перестыкс

уточник оказался на краю апертуры спектрометра где эффективность его зегистрации значительно ниже.

На средних и высоких широтах на фоне континуума в энергетических :пектрах постоянно присутствует избыток излучения при энергии 511 кэВ. Его интенсивность сильно зависит от геомагнитной широты. На рис. 4 показан аппаратурный спектр прибора "Ксения", на котором хорошо видна пиния 511 кэВ. Ширина линии на полувысоте 23 кэВа. Данный спектр хорошо иллюстрирует возможности спектрометра "Ксения" по изучению линейчатого гамма-излучения.

Энергия, кэВ

Рис. 4. Фоновая аннигиляционная линия 511 кэВ, измеренная спектрометром "Ксения" на борту ОК "Мир".

Зависимость интенсивности аннигиляционной линии от жесткости геомагнитного обрезания, свидетельствует о том, что поток этой линии имеет явно выраженную зависимость от геомагнитной широты и на экваторе составляет ~0.01 фотон/см2/сек. Измеренные потоки этой линии от внеземных источников составляют Ю'З -г 10"2 фотонов на квадратный сантиметр в секунду.

Интенсивность наведенной линии 511 кэВ на ОК "Мир" зависит от жесткости геомагнитного обрезания степенным образом: . _ 0.21 ±0.06

_ ^!.15±о7о фотонов/см-сек

Зависимость интегральной интенсивности потока протонов и сс-частиц от жесткости по данным восьми запусков воздушных шаров "Скайхук"

1

имеет также степенной вид:--ггт-

И125

Подобие зависимостей интенсивности гамма-линии и интенсивности потока протонов и а-частиц свидетельствуют в пользу того что

аннигиляционная линия порождается в результате взаимодействия пото, заряженных частиц с веществом OK и атмосферой.

Аналогичные измерения интенсивности фоновой линии 511 к; выполненные на спутнике "Космос-461" группой Мазеца в интервг жесткостей 3-17.5 Гв давали похожую зависимость.

Анализ зависимости интенсивности линии 511 кэВ на экваторе времени в течение длительного периода показывает, что она практичес не зависит от времени и направления и является постоянной (в преде; ошибок). Отклонения от среднего уровня являются статистичес незначимыми. Этот факт также подтверждает, что она имеет наведенн характер.

За ~33 суток измерений аппаратурой было зарегистрировано ~6Е всплесковых срабатываний, анализ которых на наличие статистиче< значимого (>6ст) увеличения счета гамма-квантов в двух или бо. сцинтилляционных детекторах HB сократил исследуемое чи( всплесковых срабатываний до 20. Остальные срабатывания являлись, видимому, регистрацией флуоресцентного высвечивания в одном детекторов HB после прохождения через него многозаряд] релятивистской частицы. Однако детальное рассмотрение времен! разверток этих событий показывает, что они, по-видимому, являются реальными всплесками, а аппаратурными эффектами.

В целом же, рассматривая вопрос о применимости детектора сжатом ксеноне для спектрометрии космического гамма-излучен необходимо отметить что первый опыт его эксплуатации в услов: реального космического полета показал высокую надежность стабильность работы, хорошее энергетическое разрешение и постоянс характеристик. На основании этого можно уверенно говорить о широ перспективах применения детекторов такого типа для буду1 экспериментов.

Основные результаты:

Основные результаты диссертационной работы приведены заключении. Они состоят в следующем:

1. Впервые в практике экспериментальных исследований гал излучения, в том числе и на космических аппаратах, использован но тип спектрометра на основе ионизационной камеры на сжатом ксен< обладающий относительно высоким энергетическим разрешен! стабильностью работы в реальных условиях полета в околозем космическом пространстве.

2. Разработана методика проведения исследований космичеа гамма-излучения на борту орбитального комплекса "Мир" с помо] спектрометра нового типа на основе ионизационной камеры на сжг ксеноне.

3. Разработано программное обеспечение первичной обработки дан эксперимента: выборка аналоговой и цифровой телеметрии из 061 потока информации ЦУПа, фильтрация, восстановление сбоев, экспр контроль поступающей информации.

4. Разработана система полной обработки данных эксперимента, позволяющая проводить всю физическую обработку вплоть до графического представления окончательных результатов в рамках единой универсальной базы данных, работающей в диалоговом режиме. В качестве одной из наиболее важных составных частей в нее входит набор программ для обработки и восстановления гамма-спектров ионизационного спектрометра "Ксения".

5. Создан банк данных эксперимента, включающий помимо телеметрической информации, поступающей с орбиты, данные по трассе и ориентации ОК, данные по оптическим солнечным вспышкам, информацию по магнитной обстановке и землетрясениям.

6. Изучена природа и поведение измеряемой в фоновых потоках гамма-излучения аннигиляционной линии 511 кэВ. Происхождение линии связано с взаимодействием первичных потоков заряженных частиц с веществом орбитального комплекса и атмосферой.

7. Проведены измерения фоновых условий регистрации гамма-излучения на борту ОК "Мир". Измерен вклад в фоновый поток компоненты искусственного происхождения.

8. Разработана аппаратная часть и программное обеспечение стенда настройки и калибровки космофизической аппаратуры. С его помощью проведены исследования свойств детектора на сжатом ксеноне, калибровка спектрометра "Ксения".

9. Проведены методические исследования способов защиты от виброакустических помех, ухудшающих энергетическое разрешение спектрометра "Ксения". За счет специально разработанных амортизаторов влияние вибрации снижено в несколько раз. Реальное разрешение составило 3.0 + 5.6 % при энергии 1 МэВ в зависимости от текущих вибропомех.

10. Разработан блок "контрольный генератор" спектрометра "Ксения", обладающий высокой стабильностью и позволяющий проводить постоянную калибровку в течение полета без применения радиоактивных источников.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. С.А.Аверин, А.Е.Болотников, В.М.Грачев, В.В.Дмитренко, О.Н.Кондакова, С.В.Кривов, В.Е.Михневич, А.С.Романюк, С.И.Сучков, З.М.Утешев, С.Е.Улин, А.И.Фесенко, К.Ф.Власик, В.Н.Ващенко, Е.В.Балакшин, В.И.Лягушин, Г.А.Шматов, Лабораторно отработочный образец аппаратуры для исследования нестационарного гамма-излучения - Отчет МИФИ (депонированный в ВНТИЦ), 1986, №0287.0017578.

2. А.Е.Болотников, К.Ф.Власик, В.М.Грачев, В.В.Дмитренко, О.Н.Кондакова, С.В.Кривов, В.Е.Михневич, С.И.Сучков, К.Г.Тарабрин, С.Е.Улин, З.М.Утешев, А.И.Фесенко, Е.В.Балакшин, В.В.Дремин, В.И.Лягушин, Г.А.Шматов, Основные технические характеристики научной аппаратуры "Букет" - Отчет МИФИ (депонированный в ВНТИЦ), 1987, №0288.0060754.

3. .С.В.Кривов, З.М.Утешев, Ю.Т.Юркин, Стенд настройки калибровки гамма-спектрометра "Ксения" -Препринт МИФИ №019-Москва, 1991.

4. S.A.Averin, A.E.Bolotnikov, K.F.Vlasik, A.M.Galper, V.M.Gratch V.V.Dmitrenko, O.N.Kondakova, S.V.Krivov, V.I.Lyagushin, A.S.Romany S.I.Sutchkov, K.G.Tarabrin, S.E.Ulin, Z.M.Uteshev, A.I.Fesen G.A.Shmatov, Yu.T.Yurkin, The high density xenon filled spectrometer cosmic gamma-ray line observation, - XXI ICRC,v.4, p.150-153, 1990.

5. А.Е.Болотников, К.Ф.Власик, В.М.Грачев, В.В.Дмитрен О.Н.Кондакова, С.В.Кривов, С.И.Сучков, С.Е.Улин, З.М.Утеш Ю.Т.Юркин, АА.Колчин, В.В.Лебедев, А.И.Репин, Г.П.Скреби Аппаратура "Букет" для исследования нестационарного космически гамма-излучения - Препринт МИФИ №020-91, Москва, 1991.

6. А.Е.Болотников, К.Ф.Власик, А.М.Гальпер, , В.М.Грач В.В.Дмитренко, О.Н.Кондакова, С.В.Кривов, С.И.Сучков, С.Е.Ул З.М.Утешев, Ю.Т.Юркин, ' А.А.Колчин, В.В.Лебедев, А.И.Реп Г.П.Скребцов, В.И.Лягушин, Г.А.Шматов, Исследование потоков гаю излучения в диапазоне 50 кэВ - 8 МэВ на борту орбитальш комплекса "Мир" - Тезисы . 1-ой Всесоюзной научно-техничеы конференции "Радиационная стойкость бортовой аппаратуры и элемен-космических аппаратов", 25-27 июня 1991 г., Томск.

7. A.E.Bolotnikov, I.V.Chernisheva, V.V.Dmitrenko, A.M.Galf V.M.Gratchev, S.V.Krivov, O.N.Kondakova, V.I.Lyagushin, G.A.Shmat S.I.Sutchkov, S.E.Ulin, Z.M.Uteshev, K.F.Vlasik, Yu.T.Yurkin, The hi pressure xenon detector for gamma-ray astronomy on board of the orbi station "Mir" - Intern, conf. of liquid radiation detectors, Tokio, 7-10 Apr 1992, p.462-465. '

8. Yu.T.Yurkin, A.E.Bolotnikov, I.V.Chernisheva, V.V.Dmitren

A.M.Galper, V.M.Gratchev, O.N.Kondakova, S.V.Krivov, V.I.Lyagusl G.A.Shmatov, S.I.Sutchkov, S.E.Ulin, Z.M.Uteshev, K.F.Vlasik, Measurem of gamma-ray lines with high, pressure xenon spectrometer on board of orbital station "Mir" - Proceedings SPIE, v. 2006, p.108-111, 1993.

9. A.E.Bolotnikov, I.V.Chernisheva, V.V.Dmitrenko, A.M.Galf V.M.Gratchev, O.N.Kondakova, S.V.Krivov, V.I.Lyagushin, G.A.Shmat S.I.Sutchkov, S.E.Ulin, Z.M.Uteshev, K.F.Vlasik, Yu.T.Yurkin, Observatii of gamma-ray lines with high pressure xenon spectrometer on board of orbital station "Mir" in the gamma-ray burst 20 Dec 1990 - XXIII-rd ICI Calgary, Canada, 19-30 July, 1993, v.l, p.109.

10. . К. Ф. Власик, A. M. Гальпер, В. M. Грачев, В. В. Дмитренко,

B. Кривов, В. И. Лягушин, С. И. Сучков, С. Е. Улин, 3. М. Утешев, Ю. Юркин - Фонфвые потоки гамма-излучения в диапазоне энергий 0.1 -МэВ на орбитальном комплексе "Мир" - Косм, исслед., 1995, т.ЗЗ, выг с.332.

_Подписано к печати_Заказ_Тираж 80 э:

МИФИ, Каширское шоссе, 31