Потоки ядер космических лучей в диапазоне энергий 10-100 МэВ/н в окрестности Земли тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

1.1 Аномальная компонента космических лучей.

1.1.1 Аномальные космические лучи в межпланетном космическом пространстве.

1.1.2 Аномальная компонента космических лучей в околоземном космическом пространстве.

1.2 Ядерная компонента солнечных космических лучей.

1.3 Ядерная компонента галактических космических лучей.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАХВАТА ИОНОВ КОСМИЧЕСКИХ

ЛУЧЕЙ ГЕОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

2.1 Методика моделирования процесса захвата тяжелых ионов КЛ геомагнитным полем и их накопления в радиационном поясе Земли.

2.1.1 Описание методики моделирования.

2.1.2 Область и зона стабильного захвата.

2.2 Метод решения уравнения движения заряженной частицы в геомагнитном поле.

2.3 Модели магнитного поля и атмосферы Земли, используемые в расчетах.

2.3.1 Модель магнитного поля Земли.

2.3.1.1 Модель главного геомагнитного поля.

2.3.1.2 Модель магнитного поля внеземных источников

2.3.2 Модель атмосферы Земли.

2.4 Процессы взаимодействия тяжелых ионов с атмосферой Земли.

2.4.1 Основные процессы изменения зарядового состояния: перезарядка, ионизация.

2.4.2 Потери энергии на возбуждение и ионизацию атомов среды.

2.5 Алгоритм проведения расчетов.

2.5.1 Расчет разрешенных направлений.

2.5.2. Моделирование процессов захвата ионов АКЛ геомагнитным полем.

2.6 Результаты моделирования процессов захвата ионов АКЛ геомагнитным полем и их накопления в радиационном поясе

2.6.1 Результаты расчета разрешенных направлений.

2.6.2 Результаты моделирования процессов захвата однозарядных ионов кислорода с энергией 30 МэВ/н геомагнитным полем.

2.7 Расчет интенсивности захваченных ионов АКЛ.

Заключение148 исследуемый период. Причиной понижения интенсивности AKJI является увеличение солнечной активности в начале нового 23-го цикла.

8.3 Найдено соотношение интенсивностей изотопов 3Не, 4Не в ГКЛ в диапазоне энергий 40 -н 50 МэВ/н: R = l(3 He)/l(4Не) = 0.11± 0.03.

9. Изучены потоки ядер СКЛ во время шести протонных событий 06.11.98, 07.11.98,

07-08.11.98,14.11.98,22.11.98 и 24.11.98:

9.1 Получены массовые распределения для изотопов водорода и гелия и соотношения р/Не и 3Не/4Не для каждого события, из которых следует, что тяжелые изотопы водорода 2Н и 3Н практически отсутствуют в СКЛ, в то время как распространенность изотопа Не в СКЛ в несколько сот раз превосходит его распространенность в солнечной короне и сильно варьируется от события к событию.

9.2 Восстановлены дифференциальные энергетические спектры ядер

4Не для протонных событий. Показано, что в диапазоне энергий 10 -н 50 МэВ/н спектры ядер 4Не могут с достаточной степенью надежности быть аппроксимированы степенной зависимостью: l{É) = AE~r. При этом показатель спектра у для рассматриваемых событий лежит в диапазоне от 1.0 до 6.5.

9.3 Для событий 6-8 ноября 1998 г. восстановлены суммарные энергетические спектры изотопов 3Не, 4Не. Полученный спектр 3Не оказался заметно жестче спектра 4Не. Это можно объяснить существенным различием отношения ZjА для этих изотопов, которое является параметром ускорения.

9.4 Показано, что тяжелые ионы СКЛ с 6<Z<10, зарегистрированные во время события 14 ноября 1998 г. являются полностью ободранными.

В заключении считаю своим долгом выразить искреннюю признательность проф., д.ф.-м.н. С.А. Воронову за руководство и помощь в работе, директору Института Космофизики МИФИ проф., д.ф.-м.н. A.M. Гальперу, сотрудникам Института Космофизики МИФИ к.ф.-м.н. C.B. Колдашову, к.ф.-м.н. М.Г. Короткову, к.ф.-м.н. В.В. Михайлову, к.ф.-м.н. A.M. Мурашову, A.A. Леонову за помощь, постоянное внимание и интерес к работе. Особую благодарность выражаю сотруднику Физического Института им. Лебедева РАН д.ф.-м.н. В.П. Шевелько за проведение расчетов сечений обдирки ионов кислорода на атомах и молекулах газов остаточной атмосферы Земли.

1. Список литературы:

2. McDonald, F.B., et al., Astrophys. J., v. 185, p. L105,1974.

3. Garcia-Munoz, M., et al., Astrophys. J., v. 182, p. L81,1973.

4. Hoverstadt, D.O., et al., Phys. Rev. Lett., v. 31, p. 650,1973.

5. Christian, E.R., et al., Astrophys. J., v. 334, p. L77, 1989.

6. Cummings, A.C., and E.C. Stone, Proc. of the 21st ICRC, v. 6, p. 202,1990.

7. Fisk, L.A., B. Kozlovsky, and R. Ramaty, Astrophys. J., v. 190, p. L35,1974.

8. Pesses, M.E., et al., Astrophys. J., v. 246, p. L85,1981.

9. Fisk L.A., Trans. AGU, v. 45, p. 1054,1982.

10. Potgieter, M.S., et al., Proc. of the 19th ICRC, La Jolla (USA), (NASA CP-2376), v. 5, p. 180,1985.

11. Cummings, A.C., and E.C. Stone, Proc. of the 24th ICRC, Rome (Italy), v. 4, p. 497,1995.

12. Hamilton, D.C., et al., Proc. of the 26th ICRC, Salt Lake City (USA), SH 4.3.04, v. 7, p. 535,1999.

13. Jokipii, J.R., The anomalous component of cosmic rays, in Physics of the Outer Heliosphere, S. Grzedzielski and D.E. Page, Pergamon Press, 1990.

14. Mewaldt, R.A., et al., Radiation Belt: Models and Standards, Geophysical Monograph, p. 35,1997.

15. Geiss J., et al., Astron.&Astrophys., v. 282, p. 924,1994.

16. Geiss, J., and Witte, M., Space Sci Rev., n.78, p. 234,1996.

17. Gloeckler, G., Space Sci. Rev., n.78, p. 457,1996.

18. Cummings, A.C. and E.C. Stone, Space Sci. Rev., n.78, p.l 17,1996.

19. Klecker, В., et al., Astrophys. J., v. 442, p. L69,1995.

20. Blake, J.B. and L.M. Friesen, Proc. of the 15th ICRC (Plovdiv), v. 2, p. 341,1977.

21. H.JI. Григоров, и др., Изв. Акад. Наук, Серия Физ., т. 55, №10, с. 2017,1991.

22. Baker D. N. et al., IEEE Trans. Geosci. And Remote Sensing, v. 31, n. 3, p. 531,1993,

23. Cook W.R. et. al., IEEE Tran. Geosci. And Remote Sensing, v. 31, n. 3, p. 557,1993.

24. Selesnick, R.S., et al., J. Geophys. Res., v. 100, p. 9503,1995.

25. Л.И. Дормаи, B.C. Смирнов, М.И. Тясто, Космические лучи в магнитном поле Земли, Наука, Москва, 1971.

26. Mewaldt, R.A., et al., Geophys. Res. Letters, v. 23, n. 6, p.617,1996.

27. Cummings, J.R., et al., Geophys. Res. Lett., v. 20, p. 2003,1993.

28. Tylka, A.J., Proc. Of the 23rd ICRC, Invited, Rapporteur and Highlight Papers, Ed. By D.A. Leahy, R.B. Hicks and D. Venkatesan, p. 475, World Scientific, Singapore, 1994.

29. Bobrovskaya, V., et al., Proc. 23rd ICRC (Calgary), v. 3, p. 432,1993.

30. Mazur, J.E. and G.M. Mason, Trans. Am. Geophys. U., v. 76, S 237,1995.

31. Spjeldvik, W.N., and T.A. Fritz, Experimental determination of geomagnetically trapped energetic heavy ion fluxes, Energetic Ion Composition in Earth's Magnetosphere, R.G. Johnson, ed., Terra Scientific, Tokyo, 1983.

32. Mewaldt, R.A., et al., Geophys. Res. Lett., v. 20, p. 2263,1993.

33. Selesnick R.S., et al., Geophys. Res. Lett., 2000 (in press).

34. RS. Selesnick, et al., Proc. of the 25th ICRC, Durban (South Africa), v. SH 4-6, p. 305, 1997.

35. Selesnick, R.S., et al., Proc. 24th ICRC (Rome), v. 4, p. 1013,1995.

36. Blake, J.B., Proc. of the 21st ICRC (Adelaide), v. 7, p. 30,1990.

37. Tylka, A J., et al., Adv. Space Res., v. 17, p. 47,1996.

38. Kohno Т., et al., Proc. of the 25th ICRC, Durban (South Africa), v. SH 4-6, p.317,1997.

39. Miyasaka, H., et al., Proc. of the 26th ICRC, Salt Lake City (USA), SH 4.3.16, v. 7, p. 577, 1999.

40. Blake, J.B., et al., Proc. of the 25th ICRC, Durban (South Africa), v. SH 4-6, p. 301,1997.

41. Ильин, В.Д., и др., Космические исследования, т.11, с. 115,1993.

42. Kuznetsov, S.N., B.Yu. Yushkov, Proc. of the 26th ICRC, Salt Lake City (USA), SH 4.3.17, v. 7, p. 581,1999.

43. RA. Leske, et al., Space Sei. Rev., v. 78, p. 149,1996.

44. Hsieh, K.C., and Simpson, J.A., Astrophys. J., v. 162, p. L191,1970.

45. Anglin, J.D., et al., Proc. Symp. High-Energy Phenomena on the Sun (NASA SP-342, 315), 1973.

46. Anglin J.D., Astrophys. J., v. 198, p. 733,1975.

47. Dietrich, W.F., Astrophys. J., v. 180, p. 955,1973.

48. Garrard, T.L., et al., Proc. Symp. High-Energy Phenomena on the Sun (NASA SP-342, 341).

49. Geiss, J., and H. Reeves, Astr. & Astophys., v.18, p. 126,1972.

50. Hall, D.N.B., Astophys. J., v. 197, p. 509, 1975.

51. Balasubrahmanyan, V.K., and А.Т. Serlemitsos, Nature, v. 252, p. 460,1974.

52. Hovestadt, D., et al., Proc. of the 14th ICRC, Munchen (Germany), v. 5, p. 1613,1975.

53. Hurford, G.J., et al., Astrophys. J. (Letters), v. 201, p. L95,1975.

54. Anglin, J.D., et al., Proc. of the 15th ICRC, Plovdiv (Bulgaria), v. 5, p. 43,1977.

55. Ramaty, R., and B. Kozlovsky, Astrophys. J., v. 193, p. 729,1974.

56. Colgate, S.A., J. Audouze, and W.A. Fowler, Astrophys. J., v. 213, p. 849,1977.

57. Fisk, L.A., Astrophys. J., v. 224, p. 1048,1978.

58. Ibragimov, J.A., G.E. Kocharov, and L.G. Kocharov, Dokl. Akad. Nauk SSSR, No. 588, 1978.

59. Wild, J.P., S.F. Smerd, and A.A. Weiss, Ann. Rev. Astr. Ap., v. 1, p. 291,1963.

60. Pallavicini, R., S. Serio, and G.S. Vaiana, Astrophys. J., v. 216, p. 108,1977.

61. Cane, H.V., R.E. McGuire, and T.T. von Rosenvinge, Astrophys. J., v. 301, p. 448,1986.

62. Vlahos, L., et al., in Proc. Solar Maximum Mission Workshop, Energetic phenomena on the Sun, chap. 2,1986.

63. Chane, H.V., R.E. McGuire, and T.T. von Rosenvinge, Proc. of the 19th ICRC, La Jolla (USA), (NASA CP-2376), v. 4, p. 66, 1985.

64. Evenson, P, et al., Proc. of the 19th ICRC, La Jolla (USA), (NASA CP-2376), v. 4, p. 74, 1985.

65. Svestka, Z., and L. Fritzova-Svestkova, Solar Phys., v. 36, p. 417,1974.

66. Sheeley, N.R., et al., Astrophys. J., v. 272, p. 349,1983.

67. Cane, H.V., R.G. Stone, Astrophys. J., v. 282, p. 339,1984.

68. Sheeley, N.R., et al., J. Geophys. Res., v. 90, p. 163,1985.

69. Cliver, E.W., et al., Proc. of the 19th ICRC, La Jolla (USA), (NASA CP-2376), v. 4, p. 14, 1985.

70. Anzer, V., and G.W. Pneuman, Solar Phys., v. 79, p. 129,1982.

71. Nonast, J.H., T.P. Armstrong, and J.W. Kohl, J. Geophys. Res., v. 87, p. 4327,1982.

72. Kahler, S.W., et al., J. Geophys. Res., v. 12, p. 209,1984.

73. Kahler, S.W., et al., Astrophys. J., v. 302, p. 504,1986.

74. Murphy, R.J., et al., Astrophys. J., v. 371, p. 793,1991.

75. Miller, J.A., EOS, 76(41), p. 401,1995.

76. Miller, J.A., and D.V. Reames, Proc. of the 25th ICRC, Durban (South Africa), v. SH 1-3, p. 141,1997.

77. Temerin, M., and I. Roth, Astrophys. J., v. 391, p. L105,1992.

78. Miller, J.A., A.F. Vinas, Astrophys. J., v. 412, p. 386,1993.

79. Chen, J., T.G. Guzik, J.P. Wefel, Astrophys. J., v. 442, p. 875,1995.

80. Oetliker, M., et al., Proc. of the 25th ICRC, Durban (South Africa), v. SH 1-3, p. 93,1997.

81. Klecker et al., Astrophys. J., v. 281, p. 458, 1984.

82. Luhn et al., Astrophys. J., v. 317, p. 951,1987.

83. Hovestadt, D., et al., Adv. Space Res., v. 1, p. 61,1981.

84. Luhn, A., et al., Proc. of the 19th ICRC, La Jolla (USA), v. 4, p. 241,1985.

85. Garrard, T.L., et al., Proc. of the 25th ICRC, Durban (South Africa), SH 1-3, p. 105,1997. 85.Schulz, M., et al., Dynamical model for the distribution of geomagnetically trappedanomalous-component ions, unpublished manuscript, 1992.

86. Tylka, A., Proc. of the 23rd ICRC (Calgary), Invited, Rapporteur and Highlight Papers, p. 465,1993.

87. Николаев B.C., УФН, т. 85, №4, с. 679,1965.

88. Хесс В., Радиационный пояс и магнитосфера, Москва, Атомиздат, 1972.

89. B.C. Мурзин, Физика космических лучей, Изд. Московского университета, 1970.

90. Bostrom, R., J. Geophys. Res., v. 69, n. 7, p. 1217,1964.

91. Г. Корн, Т. Корн, Справочник по математике для научных работников и инженеров, Наука, Москва, 1984.

92. В.А. Сергеев, Н.А. Цыганенко, Магнитосфера Земли, Наука, Москва, 1980.

93. Peddie, N. W., J. Geomagn. Geoelectr., v. 34, p. 309,1982.

94. Kluge, G., Computer Phys. Communications, v. 3, p. 31,1972.

95. Langel, R. A., et al., J. Geomag. Geoelectr., v. 40, p. 645,1988.

96. Langel, R. A., J. Geomag. Geoelectr., v. 43, p. 1007,1991.

97. Tsyganenko, N.A., and D.P. Stern, ISTP News Letters, v. 6, n. 1, p. 21,1996.

98. Tsyganenko, N.A., J. Geophys. Res., v. 100, p. 5599,1995.

99. Tsyganenko, N.A., and M. Peredo, J. Geophys. Res., v. 99, p. 199,1994.

100. Hedin, A.E., J. Geophys. Res., v. 96, p. 1159,1991.

101. Бакалдин, A.B. и др., ЖТФ, № 9, с. 17,2000.

102. С. Хаякава, Физика космических лучей, ч. 1, Ядерно-физический аспект, Мир, Москва, 1973.

103. McGuire, J.H., Adv. At. Mol. Opt. Phys., v. 29, p. 217,1992.

104. Shevelko, V.P., Н. Tawara, Atomic Multielectron Processes, Springier, 1998.

105. Beyer, H.F., and V.P. Shevelko, Atomic physics with heavy ions, Springier, Berlin, 1999.

106. Macdonald, J.R., F.W. Martin, Phys. Rev. A, v. 4, n. 5, p. 1965,1971.

107. Hulskotter, H.-P., et al., Phys. Rev. A, v. 44, p. 1712,1991.

108. Leo, W.R., Techniques for nuclear and particle physics experiments, Springier, 1987.

109. Дюррани, С., P. Балл, Твердотельные ядерные детекторы, Энергоатомиздат, Москва, 1990.

110. Гальпер, А.М. и др., Космические исследования, 2000 (в печати).

111. Lemaitre, G., M.S. Vallarta, Phys. Rev. v. 43, n. 2, p. 87,1933.

112. Shea, M.A., D.F. Smart, K.G. McGracken, J. Geophys. Res., v. 70, n. 17, p. 4117,1965.

113. McGracken, K.G., et al., Cosmic ray tables (asymptotic directions, variational coefficients and cut-off regidities), IQSY instruction manual, n. 10,1965.

114. X. Редерер, Динамика радиации, захваченной геомагнитным полем, Мир, Москва, 1972.

115. Ilyan, V.D., I.V. Ilyan, and S.N. Kusnetsov, Cosm. Res., v. 24, p. 88,1986.

116. Leske, R.A., et al., Proc. of the 26th ICRC, Salt Lake City (USA), SH 4.2.08, v.7, p. 516, 1999.

117. Bakaldin, A., et al., Astroparticle Phys., v. 8, p. 109,1997.

118. Bidoli, V., et al., Nucl. Instr. & Methods in Phys. Res. A, v. 424, p. 414,1999.

119. Bocciolini, M., et al., Nucl. Phys., v. 32, nos. 1-3, p. 77,1993.

120. Авакян C.B. и др., Ионизирующее излучение в околоземном пространстве, Гидрометиоиздат, 1994.

121. Sawyer, D.M., and J.I. Vette, АР-8 trapped proton environment for solar maximum and solar minimum, NSSDC/SDC-A-R&S 76-06, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, 1976.

122. Vette, J.I., The AE-8 trapped electron model environment, NSSDC WDC-A-R&S 91-24, NASA Goddart Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, November, 1991.

123. M. Реглер, P.K. Бок, X. Гроте, Д. Нотц, Методы анализа данных в физическом эксперименте, Москва, Мир, 1993.

124. А.А. Курашов, Идентификация ионизирующих излучений средних и низких энергий, Атомиздат, Москва, 1979.

125. Goulding, F.S., Nucl. Instrum. and Meth., v. 162, p. 609,1979.

126. Linhard, J., and V. Nielsen, Phys. Lett., v. 2, p. 209,1962.

127. Bakaldin A., Proc. of the 5th School on Non-Accelerator Particle Astrophysics, Abdus Salam International Center for Theoretical Physics, Trieste, Italy, p. 367,1998.

128. Goulding, F.S., et al., Nucl. Instrum. & Meth., v. 31, p. 1,1964.

129. Hasebe, N., et al., Nucl. Instrum. & Meth. In Phys. Res., A, v. 325, p. 335, 1993.

130. GEANT detector description and simulation tool, CERN Geneva, Switzerland, 1994.

131. Blackett, P.M.S., J.G. Wilson, Proc. Roy. Soc., A, v. 160, p. 304, 1937.

132. Bakaldin, A.V., et al., Abstracts of 7th International School-seminar on Automation and computing in Science, Engineering and Industry, Yalta, p. 33,1996.

133. North American Aerospace Defense Command Data (NORAD): http://www.celestrak.com.

134. Березинский и др., Астрофизика космических лучей, Москва, Наука, 1990.

135. McGuire, R.E., Т.Т. von Rosenvinge, F.B. McDonald, Astrophys. J., v. 301, p. 938,1986.

136. McGuire, R.E., T.T. von Rosenvinge, F.B. McDonald, Astrophys. J., v. 303, p. 849,1986.

137. B.C. Барашенков, В.Д. Тонеев, Взаимодействие высокоэнергичных частиц и атомных ядер с ядрами, Москва, Атомиздат, 1972.

138. С. Хаякава, Физика космических лучей, ч. 2, Астрофизический аспект, Мир, Москва, 1974.

139. Webber, W.R., and S.M. Yushak, Astrophys. J., v. 275, p. 391,1983.

140. Looper, M.D., et al., Radiation Measurements, v. 26, n. 6, p. 967,1996.

141. Simpson, J.A., Ann. Rev. Astr. Astrophys., v. 33, p. 323,1983.

142. Christian, E.R., et al., Proc. of the 26th ICRC, Salt Lake City (USA), SH 4.2.09, v. 7, p. 519,1999.

143. McDonald, F.B., N. Lai, and R.E. McGuire, Proc. of the 26th ICRC, Salt Lake City (USA), SH 2.3.03, v. 6, p. 536, 1999.

144. ACE second level data: http:Wwww.srl.caltech.edu/ACE/ASC/level2/.

145. BATSE database: http://umbra.nascom.nasa.gov.

146. GOES data: http://spidr.ngdc.noaa.gov:8080/production/html/GOES.

147. U.S. Dept. of Commerce, NOAA, Space Environment Center: gopher://sec.noaa.gov:70/l 1/.

148. Klecker, В., et al., Proc. of the 26th ICRC, salt Lake City (USA), SH 1.4.06, v. 6, p. 83, 1999.1. Список литературы155

149. Larson, DJ., et al., Proc. of the 26th ICRC, Salt Lake City (USA), SH 3.5.03, v. 7, p. 301, 1999.

150. Dietrich, W., and C. Lopate, Proc. of the 26th ICRC, Salt Lake City (USA), SH 1.4.03, v. 6, p. 71,1999.

151. Reames, D.V., Adv. Space Res., v. 15, p. 41,1995.

152. Cohen, C.M.S., et al., Proc. of the 26th ICRC, Salt Lake City (USA), SH 1.5.07, v. 6, p, 244, 1999.

153. LASCO data: ftp://lasco6.nascom.nasa.gov/pub/lasco/status/.

154. Möbius, E., M.A. Popecki, and В. Klecker, EOS Trans. AGU, v. 79, n. 45, p. F694,1998.