Создание и исследование экспериментальной аппаратуры для регистрации частиц проникающих космических излучений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

Дробышевский Михаил Эдуардович

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЧАСТИЦ ПРОНИКАЮЩИХ КОСМИЧЕСКИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

01.04.01 "Приборы и методы экспериментальной физики"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2011 г.

1 7 2071

4840345

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Бобашев Сергей Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Ануфриев Георгий Степанович

доктор физико-математических наук, профессор Гиедин Юрий Николаевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН

Защита состоится 25 марта 2011 года в 15-00 на заседании диссертационного совета Д002.034.01 при Учреждении Российской академии наук Институте аналитического приборостроения РАН по адресу: г. Санкт-Петербург, Рижский пр., 26

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института аналитического приборостроения РАН по адресу: г. Санкт-Петербург, Рижский пр., 26.

Автореферат разослан февраля 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук

А.П. Щербаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Тема диссертации актуальна, поскольку вторичные электронные умножители (ВЭУ), - включая фотоэлектронные умножители (ФЭУ), находят широкое применение в современной науке (особенно в ядерной физике и астрофизике) и технике. Без них сегодня немыслимо существование многих экспериментальных направлений. Обусловлено это тем, что многокаскадная вторичная электронная эмиссия обеспечивает в компактных приборах коэффициенты усиления, доходящие до ~109, что делает повседневностью реальное использование их для регистрации даже отдельных квантов и частиц -электронов, ионов, элементарных частиц и т.п.

Представляется поэтому, что любое усовершенствование ВЭУ, как и углубленное понимание различных аспектов их работы, будет способствовать расширению областей их применения.

Исследование свойств ВЭУ в данной работе было стимулировано их использованием в экспериментальных установках, в которых наряду с регистрацией космического излучения (КИ) предпринята попытка поиска объектов скрытой (темной) массы Вселенной. Проблема обнаружения таких объектов и выяснение их природы является одной из актуальных и фундаментальных проблем современной науки [1, 2].

В Приложении 1 кратко изложено содержание развиваемой в ФТИ идеи о том, что темная материя (ТМ) содержит "даемоны" (DArk Electric Matter Objects - daemons), - предположительно, сверхмассивные планковские частицы, несущие отрицательный (до 10е) электрический заряд. Согласно рассматриваемой рабочей гипотезе, можно ожидать в потоке КИ наличие таких частиц, детектирование которых возможно благодаря захвату ими ядер атомов, например А1, с эмиссией большого числа электронов, регистрируемых ВЭУ. Мы называем такие частицы ядерно-активными частицами (ЯАЧ).

Далее под ядерно-активными излучениями мы будем понимать как частицы атмосферных ливней космических лучей (КЛ), так и рассматриваемые в рамках рабочей гипотезы ЯАЧ движущиеся с нерелятивистскими астрономическими скоростями (V ~ 10 км/с).

Использование ФЭУ в экспериментальной установке для регистрации частиц КИ в ФТИ РАН выявило два взаимосвязанных аспекта их реакции на ядерно-активные излучения, послуживших основанием для выполнения данной работы:

Во-первых, была зафиксирована реакция ФЭУ-167 (фотокатод 0100) на KJ1. Эффект этот известен более полувека [3], но многие его детали оставались не до конца понятными.

Во-вторых, было найдено [4], что некоторые экземпляры ФЭУ-167-1, по-видимому, непосредственно сами, без сцинтилляторов и т.п. дополнительных элементов, реагируют на пролет через них низкоскоростных (V ~ 10 км/с) ЯАЧ.

Работа по созданию приборов для детектирования КИ велась в рамках и на базе рабочей гипотезы, предполагающей существование ЯАЧ, в том числе на основе ряда экспериментальных данных, полученных на довольно высоком уровне достоверности (см. Приложение 1).

Цели работы

Основной целью диссертационной работы была разработка и исследование приборов для регистрации частиц КИ, имея в виду их возможное применение и для регистрации ЯАЧ. В соответствии с общей целью исследований были поставлены следующие основные задачи:

(1)Исследование реакции ВЭУ (и ФЭУ) на КИ.

(2) Формулирование на этой основе практических рекомендаций по применению и усовершенствованию ВЭУ.

(3) Создание рабочих образцов усовершенствованных ВЭУ для детектирования ЯАЧ.

(4) Практическое применение и испытание новых приборов для детектирования ЯАЧ.

Научная новизна

В диссертации проведено систематическое исследование процессов возникновения сигналов в ВЭУ (и в ФЭУ) под действием КИ с выдачей практических рекомендаций.

Среди новых научных результатов, полученных в диссертации, отметим следующие:

1. Результаты изучения реакции ФЭУ на КЛ показывают, что часть фоновых сигналов ФЭУ обязана своим появлением сцинтилляционным процессам в их стекле, а не в фотокатоде или в динодной сборке.

2. Исследования сцинтилляционной реакции боросиликатных стеклянных входных светоприсмных окон (экранов) ФЭУ-167 и К-содержащих экранов ФЭУ-167-1 показали, что экран ФЭУ действительно работает как сцинтиллятор (в ~ 102 раз менее чувствительный, чем пластмассовый (полистирол + 2% терфенил + 0.06% РОРОР)) вне зависимости от состава испытанных стекол.

3. По мере выявления новых аспектов реакции детектирующих элементов на частицы КИ проводилась целенаправленная модернизация экспериментального стенда.

4. На основе физических принципов взаимодействия ЯАЧ с веществом, изученных в ФТИ (эмиссия частиц в результате захвата атомного ядра ядерно-активной частицей), разработаны Темные вторичные

Электронные Умножители ТЭУ-167, чувствительные к пролету (и направлению пролета - ТЭУ-167д) через них ЯАЧ.

5. Применение ТЭУ-167 и ТЭУ-167д позволило более чем на порядок уменьшить вклад фоновых KJ1 в регистрируемые события, что повысило эффективность регистрации ядерно-активной компоненты (частиц) в КИ. В процессе испытаний разработанных приборов удалось зарегистрировать в КИ поток ЯАЧ до f~ 1.5 х 10"7 см"2с"1.

Научная и практическая значимость

Разработан вакуумный Темный вторичный Электронный Умножитель ТЭУ-167 (оформлен в виде Заявки на патент Российской Федерации №2008145004/28 «Вакуумный электронный умножитель для регистрации частиц»). Приборы ТЭУ-167 изготовлены малой серией ЗАО «Экран-оптические системы» (г. Новосибирск).

С помощью приборов ТЭУ-167 проведены исследования КИ. Зарегистрирован поток низкоскоростных (V ~ 10-15 км/с) ЯАЧ частиц космического излучения / ~ 1.5x10"7 см"2с"' с умеренным уровнем достоверности (C.L. = 84%).

Разработан вакуумный электронный умножитель ТЭУ-167д (оформлен в виде Заявки на патент РФ №2009148557/28 «Вакуумный электронный умножитель для регистрации направленного движения ядерно-активных частиц»). Приборы изготовлены малой серией ЗАО «Экран-оптические системы».

С помощью приборов ТЭУ-167д проведены исследования КИ. На хорошем уровне достоверности (C.L. = 99.8%) в КИ зарегистрирован поток низкоскоростных (V= 10-15 км/с) ЯАЧ.

Два прибора ТЭУ-167д отправлены в феврале 2010 г. для проведения совместного эксперимента в Университет Тор Вергата (Рим) заинтересовавшейся в них международной коллаборации DAMA, занимающейся экспериментальными поисками объектов ТМ. Приборы установлены и проходят испытания в детекторе Nemesis. В ноябре 2010 г. DAMA высказала заинтересованность в получении еще 14 экземпляров ТЭУ-167д.

Результаты исследования реакции ФЭУ на KJI показывают, что часть фоновых сигналов ФЭУ обязана своим появлением сцинтилляционным процессам в их стекле.

Выявленные свойства ФЭУ-167 необходимо учитывать при выполнении любых прецизионных измерений с использованием также других типов ФЭУ и иных светочувствительных датчиков и приборов.

Практическое следствие: Предложено (и оформлено в виде Заявки на патент РФ №2009145046/28 «Устройство для регистрации ядерных и фотонных излучений») изготавливать ФЭУ, и более общо - фоточувствительные

электронные приборы, с входными окнами, выполненными из сцинтилляционно-активных стекол (материалов).

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Создание стенда для исследования реакции ФЭУ-167 и ФЭУ-167-1 на КЛ и у-Р-излучения а1Со источника. Подтверждено, что основной причиной сигналов является генерация сцинтилляций в стеклах ФЭУ. Выявлено, что содержание в них калия не влияет на эффект. Дан ряд рекомендаций по уменьшению фоновых сигналов ФЭУ. Предложено создавать фотоэлектрические приборы с входными окнами из сцинтилляционно-активных материалов (Заявка на патент РФ №2009145046/28 «Устройство для регистрации ядерных и фотонных излучений»),

2. Создание прибора, предназначенного для регистрации отрицательно заряженных ядерно-активных частиц, вызывающих эмиссию многих электронов в результате захвата частицами А1 ядер в его внутреннем покрытии (с выделением энергии до ~ 60 МэВ на акт). На базе ФЭУ-167 разработан (Заявка на патент РФ №2008145004/28 «Вакуумный электронный умножитель для регистрации частиц»), изготовлен в виде малой серии на заводе ЗАО «Экран - оптические системы» (г. Новосибирск) и испытан Темный вторичный Электронный Умножитель (ТЭУ-167) со сплошным толстым (~0.5 мкм) алюминиевым покрытием внутренней поверхности прикатодной секции стеклянной колбы, включая лицевой экран.

3. Создание прибора для регистрации, преимущественно, ЯАЧ, движущихся через вакуум его колбы в определенном направлении - от цоколя к экрану. Разработан (Заявка на патент РФ №2009148557/28 «Вакуумный электронный умножитель для регистрации направленного движения ядерно-активных частиц»), изготовлен в виде малой серии на заводе ЗАО «Экран - оптические системы» и испытан новый тип Темного вторичного Электронного Умножителя ТЭУ-167д с толстым (~ 0.5 мкм) алюминиевым покрытием внутренней поверхности только лицевого экрана.

4. Создание многомодульного (до восьми модулей) компьютер-управляемого детекторного стенда для регистрации частиц КИ, в частности, для поиска гипотетических медленных (-10-30 км/с) ЯАЧ. Различные модификации модулей, использующие детектирующие элементы (сцинтиллятор ZnS(Ag), ФЭУ и ТЭУ), чувствительные к ЯАЧ, успешно испытаны как на высокой широте 60°И в ФТИ РАН в Санкт-Петербурге, так и в подземном низкофоновом эксперименте на низкой широте 40°Ы в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН.

Личный вклад автора

Основные результаты, представленные в диссертации, получены автором лично. Выбор общего направления исследований, обсуждение и постановка

рассмотренных задач осуществлялась совместно с научным руководителем и соавторами работ.

Апробация результатов и публикации

Результаты, вошедшие в диссертацию, были получены в период с 2002 по 2010 гг. и опубликованы в 7 статьях в рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК, а также в тезисах 11 конференций. Список статей приведен в конце автореферата. Результаты работы представлялись на международных конференциях: «6th International Workshop on the Identification of Dark Matter (IDM2006)» (Греция, 2004), «Analytical Methods of Celestial Mechanics. Satellite Meeting for Festival to 300th birthday of Leonard Euler» (Санкт-Петербург, 2007), «6th Intnl. Heidelberg Conference "Dark Matter in Astroparticle and Particle Physics (Dark 2007)"» (Австралия, 2007), «Intnl. Conference "Problems of Practical Cosmology"» (Санкт-Петербург, 2008), «Международная научная конференция Астрономическая школа молодых ученых» (Украина, 2009), «7th International Workshop "Ultra Cold & Cold Neutrons. Physics & Sources"» (Санкт-Петербург, 2009), «Х-th International Conference "Relativistic Astrophysics, Gravitation and Cosmology"» (Украина, 2010), «LX International Conference on Nuclear Physics "Nucleus 2010. Methods of Nuclear Physics for Femto- and Nanotechnologies"» (Санкт-Петербург, 2010), на отечественных конференциях: «Всероссийской астрономической конференции ВАК-2004 «Горизонты Вселенной»» (Москва, 2004), «Всероссийская Астрономическая Конференция (ВАК-2007)» (Казань, 2007), «Конференция (школа-семинар) по физике и астрономии для молодых ученых Санкт-Петербурга и Северо-Запада "Физика.СПб"» (Санкт-Петербург, 2009), а также докладывались на семинарах в ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, ГАО РАН (Пулково) и ИАП РАН.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из Введения, пяти глав, Заключения, списка цитируемой литературы (включает 57 наименований) и двух Приложений. Основной текст содержит 112 страниц, в том числе 17 рисунков и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

Поскольку диссертация посвящена выявлению ряда аспектов реакции ВЭУ (включая также ФЭУ) на частицы КИ, в Главе 1 представлена краткая история появления и развития электронных умножителей и их роли в развитии фундаментальной физики XX века, с одной стороны, а с другой - кратко

обрисована ситуация с поиском объектов ТМ, которая явилась базой для выполнения настоящей работы и определила направление дальнейшего целенаправленного совершенствования электронных умножителей.

Отмечено, что идея многокаскадного (многодинодного) ВЭУ была высказана в СССР J1.A. Кубецким [5] в 1930 г. Она оказалась весьма плодотворной. Интересно, что сначала (с 1939 г.) ВЭУ применялись для регистрации (и счета) частиц ядерных излучений напрямую, и только в 1940 г. были созданы собственно ФЭУ. ФЭУ с середины 1940-х годов стали в сборке со сцинтилляторами активно использоваться в ядерной физике.

Высокая чувствительность ВЭУ (коэффициент усиления в одном компактном приборе достигает ~ 109) обеспечивает возможность регистрации любого процесса с эмиссией свободных электронов, что придает ВЭУ уникальные свойства и делает их зачастую незаменимым инструментом во многих областях науки и техники (начиная от космических исследований и кончая медициной и т.п.). Конструкции только ФЭУ насчитывают сотни типов, размеры входных окон меняются от миллиметров до десятков сантиметров, количество их, используемых в одном эксперименте, достигает десятков тысяч и т.п.

Простые ВЭУ, регистрирующие не свет, а частицы, не столь разнообразны, - их насчитывается десятки типов и применяются они, помимо прямой регистрации ядерных излучений, в различных видах масс-спектрометров для анализа химического и изотопного составов веществ и т.п. [6].

Поскольку наш интерес к ВЭУ (включая ФЭУ) стимулировался обнаружением реакции некоторых экземпляров ФЭУ-167-1 на пролет через них с астрономической скоростью (V ~ 10 км/с всего лишь) ядерно-активных частиц, в Главе 1 кратко излагается разрабатываемая [7] в ФТИ РАН идея ТМ, состоящей из «даемонов» - DArk Electric Matter Objects, - предположительно элементарных планковских черных дыр с массой ~10" ГэВ, несущих электрический заряд до Z - 10е (разные авторы называли ранее подобные частицы квантовыми максимонами [8], планкеонами [9], ньюторитами и т.д. [10, 11], но способов их обнаружения указано не было; только в ФТИ РАН было отмечено, что при захвате отрицательным даемоном атомного ядра выделяется энергия -100 МэВ, что делает даже медленный даемон легко обнаружимой ядерно-активной частицей - ЯАЧ).

На основе физических принципов взаимодействия ЯАЧ с веществом (см. Приложение 1) в ФТИ РАН был создан простой детектор из двух горизонтальных 0.5x0.5 м2 прозрачных полистироловых 4 мм пластин, покрытых снизу 3.5 мг/см2 ZnS(Ag) порошком. Использовался сцинтиллятор ZnS(Ag), поскольку его чувствительность к бета-частицам и гамма-квантам мала, благодаря чему удается регистрировать, в основном, только тяжелые заряженные частицы типа протонов и альфа-частиц. Пластины были разнесены

на 7 см и помещались внутри жестяного кубического короба со стороной 51 см (верхняя крышка - черная бумага, черная бумага разделяла также пластины). Внутренняя поверхность модуля хорошо отражает свет, что улучшает эффективность системы. Каждый сцинтиллятор со своей стороны с расстояния 22 см наблюдался ФЭУ-167. Сигналы с ФЭУ (верхний - запускающий) подавались на 2-х лучевой цифровой запоминающий осциллограф типа С9-8, с разверткой (от момента запуска) ±100 мкс. Осциллографы подключались к компьютеру через КОП (Канал Общего Пользования) интерфейс (приборный интерфейс ГОСТ 26.003-80, соответствующий IEEE-488), что позволило полностью автоматизировать управление многомодульным стендом и процесс сбора экспериментальных данных. Если сигналы имелись на обоих лучах, то события записывались в ПК. В процессе компьютерной обработки для разделения разных видов излучения нами использовался метод идентификации частиц по форме импульса, основанный на том общеизвестном факте, что сцинтилляционные импульсы, вызванные разными частицами, характеризуются разными временами нарастания и длительностью.

В эксперименте по регистрации частиц КИ с использованием 4-х подобных модулей были получены первые обнадеживающие результаты. В распределении числа двойных событий N(At) в зависимости от временного сдвига At между началами их сигналов с верхнего и нижнего ФЭУ в бине 20 < Дг < 40 мкс (т.н. "30 мкс бин", всего интервал -100 < A г < +100 мкс разбивался на 10 бинов) проявился максимум с достоверностью 2.8<х Причем он существовал для событий, у которых форма верхнего сигнала соответствовала сцинтилляции с медленным (>2 мкс) нарастанием фронта и пологим максимумом, что характерно для альфа-частиц (HPSs - Heavy Particle Scintillations). Нижний сигнал имел короткий фронт (<1.8 мкс) и форму, присущую собственным шумам ФЭУ (NLSs - Noise-Like Signais -шумоподобные сигналы) и/или несдвинутым (Дг < 0.2 мкс) событиям KJI (иногда даже во всех модулях сразу).

Результаты эксперимента, как всегда, потребовали уточнения рабочей гипотезы. Так, сдвиг А/ ~ 30 мкс при 7 см зазоре между сцинтилляторами (и не HPS сигнал с нижнего из них) соответствовал непонятно малой скорости всего 2-3.5 км/с. Поэтому, пришлось допустить, что захваченное в верхнем слое ZnS(Ag) ядро Zn или S разлагается даемоном только на пути > 7 см, и захват им нового ядра (уже Fe или Sn) происходит только через ~ 29 см в нижней крышке короба. Из продуктов захвата здесь лишь ~ 0.2 МэВ электроны могут преодолеть 22 см путь в воздухе до нижнего ZnS(Ag) сцинтиллятора, где и вызывают NLS.

Отсюда следовали важные выводы: (1) При базовом расстоянии 29 см скорость Я A4 V = 10( 11,2)-г 15 км/с, что хорошо соответствует их выпадению с околоземных почти круговых гелиоцентрических орбит (Near Earth almost circular heliocentric orbits - NEACHOs), и (2) время полураспада даемон-

содержащего нуклона ~ 10"6 сек, а не 10 7 сек, как предполагалось при выборе 7 см зазора между пластинами с 2п5(Ад). Последующие эксперименты в общем подтвердили эти выводы.

Непосредственное отношение к предмету диссертации имело обнаружение того факта, что, как минимум, некоторые экземпляры (а возможно, в разной степени, и все) ФЭУ-167 сами, без дополнительных элементов (сцинтилляторов и т.п.) способны реагировать на ядерно-активные излучения типа КЛ и даемонов.

Действительно, оказалось, что несдвинутые двойные N1.5 события иногда одновременно наблюдаются в нескольких модулях, даже если экраны ФЭУ светоизолированы. Отсюда следовал вывод, что ЫЬБ реакция ФЭУ вызывается частицами атмосферных ливней КЛ.

С другой стороны, Санкт-Петербургский эксперимент марта 2005 года показал [4], что некоторые экземпляры ФЭУ-167-1 (с экраном из К-содержащего стекла), по-видимому, реагируют и на пролет ЯАЧ через них. Было выявлено далее, что эти приборы имеют повышенную толщину (до - 1 мкм) внутреннего А1 покрытия тыльной поверхности прикатодной секции их колбы (при стандартной толщине ~ 0.1 мкм). Такая реакция была подтверждена нашими экспериментами в Баксане. Она становится понятной, если иметь в виду физические процессы взаимодействия ЯАЧ с веществом в ФЭУ (подробнее см. Приложение 1).

Эти наблюдения послужили основой для выполнения работ, составляющих содержание диссертации.

В Главе 2 описаны результаты эксперимента по детектированию с помощью сильно модифицированного модуля сентябрьского 2005 года максимума потока ЯАЧ в подземных (400 МХУЕ) низкофоновых условиях Баксанской нейтринной обсерватории (БНО) ИЯИ РАН. Эксперимент оказался возможным благодаря любезному содействию директора БНО В.В. Кузьминова. Детекторный модуль теперь содержал только один верхний ZnS(Ag) сцинтиллятор, наблюдаемый с 22 см стандартным ФЭУ-167, дающим запускающие сигналы. Роль нижнего регистратора, без специального сцинтиллятора, выполнял ФЭУ-167-1 №00099, который, судя по Санкт-Петербургским наблюдениям марта 2005 г. [4], давал отклик на проходящие через него ЯАЧ. Более того, лицевой экран нижнего ФЭУ, находившийся на стандартном базовом 29 см расстоянии от ZnS(Ag) сцинтиллятора был закрыт двумя слоями непрозрачного алюминизированного лавсана. Чтобы исключить радиацию содержащегося в воздухе радона, объем модуля промывался парами жидкого азота. Эксперимент дал впечатляющие, но не совсем понятные сразу результаты,- в распределении А^(Д?) он зафиксировал не +30 мкс, а -30 мкс максимум (с уровнем достоверности С.Ь. = 2.2о), - т.е. поток объектов шел не сверху, а из-под земли (рис. 1). Поток этот длился с 3 по 15 сентября и достигал (с учетом площади диска ФЭУ)1 х 10"7 см"2с'1.

и

N(At)

В

о-----—---—--

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 Д(, цэ 100

Рис. 1. Количество зарегистрированных двойных сигналов с HPS на первом канале в сентябре 2005 года в БНО ИЯИ РАН в зависимости от временного сдвига Л! между сигналами с верхнего и нижнего ФЭУ.

Интересно, что в начале марта 2006 года этот же модуль в Баксане показал N(At) с максимумом в +30 мкс бине. Таким образом, ФЭУ №00099 (с ориентированным горизонтально экраном) оказался способным регистрировать даемоны, идущие через него как сверху, так и снизу.

Небесно-механическая причина появления потока из-под земли в сентябре стала ясна уже в 2006 году [4], а более уверенно в 2007 году после выполнения нами небесно-механических расчетов (см. Приложение 2 и Дробышевский и Дробышевский, 2007). Если объекты накапливаются на внешних NEACHOs, снаружи касающихся орбиты Земли за 10-15 дней до равноденствий, то они должны в это время догонять Землю, выпадая на нее главным образом вечером. Ось вращения Земли наклонена под углом 23.5° к плоскости ее орбиты, так что в марте объекты выпадают в высоких северных широтах преимущественно сверху, тогда как в сентябре это происходит в высоких широтах Южного полушария, - в результате в низких северных широтах, где велся наш эксперимент (Баксан). регистрировался первичный поток, идущий снизу.

Таким образом, обнаружение нестандартных свойств ФЭУ №00099 в марте 2005 года позволило нам в сентябре 2005 года с помощью этого же прибора выявить существенные аспекты небесно-механической эволюции приземного населения даемонов.

В Главе 3 в несколько иной плоскости изучаются последствия реакции ФЭУ, а более общо, ВЭУ, на внешние ядерно-активные облучения.

Рассматривается вопрос, как следует модифицировать ФЭУ, чтобы он стал прибором, чувствующим пролет через него ЯАЧ? Такая частица (см. Приложение 1) сначала захватывает ядро с эмиссией электронов и нуклонов, а потом, пребывая внутри остатка ядра, постепенно «переваривает» его, опять становясь способной к захвату нового ядра.

Направление это возникло из наблюдений (описанных в Главах 1 и 2) самостоятельной реакции некоторых экземпляров ФЭУ-167-1, обладающих утолщенным внутренним алюминиевым покрытием прикатодной секции колбы, на пролет через них ЯАЧ [4].

Явление объясняется тем, что при проходе в ФЭУ через его вакуум ЯАЧ, восстановившие свой отрицательный заряд в результате распада ранее захваченного ядра (и ставшие снова активными), не «отравляются» захватом нового ядра. Более того, за время прохода в ФЭУ пути в 4-5 см они способны повысить свой отрицательный заряд до 2-3 единиц. Поэтому, попадая из вакуума в утолщенное до 0.5-1 мкм А1 покрытие стенки колбы, они с большой вероятностью захватывают здесь ядро А1, тогда как более тонкий (~ 0.1 мкм) слой они проходят без захвата. Захват ядра сопровождается выделением энергии связи - 60 МэВ, его возбуждением и выбросом, наряду с нуклонами, многих электронов, включая свободные электроны в металле, которые поступают к возбужденному ядру из прилежащего металлического слоя. Часть этих электронов, подобно стандартным фотоэлектронам, умножается в динодной системе ФЭУ, создавая на выходе прибора электрический сигнал. Отсюда следовало две возможности: (1) испытать такие ФЭУ-167-1 в новой модифицированной версии детектора (что и было сделано в Баксане), а также (2) создать специальный новый электронный умножитель типа ФЭУ-167 (лицевой диск 0125 мм), который бы чувствовал пролет даемонов. Для этого нужно, чтобы вся внутренняя поверхность его прикатодной секции, включая экран, была напылена достаточно толстым (~ 0.5 -1 мкм) слоем алюминия. Эта идея явилась основой нашей заявки на изобретение (Заявка на Патент РФ №2008145004/28 Вакуумный электронный умножитель для регистрации частиц / Дробышевский Э.М. и Дробышевский М.Э).

По нашему заказу подобные приборы на базе технологии ФЭУ-167 были изготовлены малой серией ЗАО «Экран-оптические приборы» (г. Новосибирск). Это уже Темные Электронные Умножители ТЭУ-167 (рис. 2). Только малое 013 мм прозрачное окно было оставлено в центре экрана. Оно служило для грубой предварительной калибровки прибора светом (напомним, что на всю внутреннюю поверхность прикатодной секции прибора стандартно наносится светочувствительный слой Sb-K-Na-Cs).

Для проведения испытаний были модифицированы два модуля детекторного стенда. Нижние сцинтилляторы в них были вообще убраны, а на место наблюдавших их ФЭУ-167 были поставлены новые ТЭУ-167, окна (013 мм) которых были светоизолированы. Экспозиция нового детектора с 24.02.2009 по 08.03.2009 дала распределение N(At) со слабыми (- 1.2д) максимумами в +30 мкс бинах.

С другой стороны, можно учесть, что эффективная ширина HPS (площадь

Рис. 2. ФЭУ-167-1 и ТЭУ-167 (лицевой диск имеет 0125 мм, входное окно в нем 013 мм).

ее осциллограммы, нормированная на амплитуду), - зависит от направления движения ЯАЧ через тонкий ZnS(Ag) слой [12]. Когда объект, захвативший ядро в ZnS(Ag), движется внутрь полистироловой подложки, не все частицы, испущенные возбужденным ядром, достигают слоя ZnS(Ag), поскольку тормозятся полистиролом. Сцинтилляция будет несколько короче, чем если бы частица выходила в воздух или вакуум, поскольку в этих средах испущенным частицам ничто не мешает достичь сцинтиллятора. Поэтому, если построить распределение Afw(A;) для «широких» HPS и N„(At) для «узких» HPS (при этом Nw(At)+N„(At) = N(At)), то сумма /Vw(Ai)+/Vn(-Af) будет содержать в своем левом крыле (Дг < 0) избыток надфоновых событий, обусловленных наличием движущихся даемонов (слой ZnS(Ag) нанесен здесь на верхнюю поверхность полистирола). Если потока даемонов нет, то сумма JVw(A/)+/Vn(-Af) будет статистически неотличима от N(At).

Приложение этой процедуры к экспериментальным данным (полученным в период с 8.03.2009 по 22.03.2009) показало, что действительно, левое крыло распределения Nw(At)+N„(-At) при умеренных значениях амплитуды сигналов содержит 478 событий, тогда как правое - 435. Статистическая достоверность этого различия согласно % критерию составляет лишь 84%. Но оно соответствует потоку объектов 1.5x10"7 cm'V вверх (или вниз, если поток одинаковый), каковой согласуется с нашими прежними измерениями (см. Дробышевский и Дробышевский, 2006).

Можно еще учесть, что NEACHO даемоны, согласно небесно-механическим представлениям (см. выше), догоняют Землю, и поэтому выпадают на нее сверху в вечерние часы, т.е. где-то с 15 ч. до 23 ч. Для этого интервала левое крыло N^AO+N^-At) содержит 175 событий, а правое 143. Значимость различия повышается до 93%, а поток (вверх или вниз) до / =

3.4xl0"7 cm'V, что вполне соответствует рассматриваемому физическому сценарию.

Таким образом, первая попытка применения ТЭУ дала довольно обнадеживающие результаты, подтвердив справедливость рабочей гипотезы.

Не очень сильная реакция этих ТЭУ на проход ЯАЧ вполне понятна, если учесть, что приборы реагируют на эти частицы независимо от направления их движения, так что, скажем, появление двух максимумов в Л/(Дг) при At > 0 и Дг < 0 уменьшает статистическую значимость каждого из них.

В Главе 4 описаны дальнейшие усилия, направленные на усовершенствование ТЭУ, на сей раз с целью создания новых приборов, чувствующих направление движения ЯАЧ через них. Для этого толстый 0.5 мкм) слой А1 был нанесен только на внутреннюю поверхность лицевого диска. Тыльная и боковая поверхности прикатодной секции колбы были покрыты тонким (~0.05-г0.1 мкм) А1 слоем, - т.е. толщина последнего была заметно меньше пути захвата А1 ядра даемоном с Ze = (1-гЗ)е (<0) и V ~ 10-15 км/с. Предполагалось, что ТЭУ будет реагировать на частицы, пролетающие от цоколя прибора через вакуум к его диску. Эти новые, чувствующие направление пролета частиц, приборы ТЭУ-167д были также изготовлены по нашему ТЗ на ЗАО «Экран-оптические приборы». На этот раз детекторный модуль и его компоновка были существенно изменены (Рис. 3). В то время, как верхний запускающий ФЭУ стандартно наблюдал ZnS(Ag) экран сверху с 22 см, внизу модуля под сцинтилляционным экраном было расположено два ТЭУ-167д, обращенных лицевыми экранами друг к другу (зазор между светоизолированными дисками был 5 мм, их расстояние до ZnS(Ag) экрана - 29 см). HPS сигнал с верхнего ФЭУ-167 запускал сразу два осциллографа С9-8. На вторые лучи их подавались импульсы с помещенных внизу ТЭУ. При наличии сигналов на обоих лучах любого из осциллографов событие запоминалось ПК. Чтобы не терять полгода на ожидание очередного мартовского максимума потока NEACHO объектов, эксперименты были начаты в сентябре 2009 года, сразу же по получении ТЭУ-167д от изготовителя. На высокой северной 60" широте Санкт-Петербурга осенний максимум - не самый лучший сезон для его регистрации с помощью детектора с горизонтальными элементами, поскольку выпадающие NEACHO объекты идут в это время почти касательно земной поверхности. Наибольшего значения вертикальная компонента их скорости достигает ближе к утренним часам (23ч - 7ч, в это же время минимальны наводки) у потока, идущего из-под земли.

Основное внимание было уделено поиску 30 мкс максимума в распределении N(At). Как и в предыдущей Главе 3, все события были классифицированы на содержащие «широкие» и «узкие» HPS. Поскольку ZnS(Ag) слой лежал на верхней поверхности полистирола, то первые соответствуют главным образом объектам, идущим снизу, а вторые - идущим сверху и регистрируемым ТЭУ с экраном, обращенным вниз (рис. 3).

ФЭУ-167

•J

черная бумага

азот

ZnS(Ag)

ю

полистирол

азот

жестяной (покрыт оловом) кожух

-- ТЭУ-167Д

/

7

Рис. 3. Два ТЭУ-167д обращены друг к другу своими лицевыми дисками, покрытыми -0.5 мкм слоем А1 изнутри. В результате нижний ТЭУ чувствует объекты, движущиеся вверх, тогда как находящийся над ним верхний ТЭУ (его экран обращен вниз), должен чувствовать идущие вниз объекты.

Сложение «широких» событий из -30 мкс бина с «узкими» событиями из +30 мкс бина действительно показывает их избыток над средним значением N(At). Однако в сентябре значимость этого потока едва достигает ~1<т. Но в первой половине октября он внезапно поднимается до -3.1 <т, после чего резко падает. Такое поведение вполне соответствует небесно-механическому сценарию, что первичный поток NEACHO объектов в сентябре, действительно, почти горизонтален и поэтому плохо регистрируется нашим детектором. Октябрьский же максимум обусловлен объектами, захваченными с NEACHOs на GESCOs (Geocentric Earth-surface crossing orbits), которые нормальны поверхности Земли и постепенно уходят внутрь ее вследствие уменьшения их скорости из-за сопротивления вещества Земли. Их поток соответствует -0.7x10"7 см"2с"'. Из-за уменьшения их скорости эти GESCO объекты должны из 30 мкс бина переходить в соседний 50 мкс бин (7.5 > V > 5 км/с). И действительно, приложение процедуры, подобной вышеописанной, к событиям 50 мкс бина показывает заметное возрастание числа событий в нем как-раз во второй половине октября. Таким образом, применение ТЭУ-167д, чувствующих прохождение и направление движения даемонов, позволило получить с помощью всего одного модуля (но с тремя ВЭУ) информацию об эволюции околоземных населений даемонов с хорошим уровнем достоверности (>3 о), что является пока наивысшим значением для наших измерений в течение одного сезона (-месяца).

Глава 5 посвящена изучению механизмов реакции ФЭУ на КЛ и ядерные излучения, включая сопоставление сцинтилляционных свойств экранов разных экземпляров ФЭУ.

То, что ФЭУ реагируют на КЛ благодаря сцинтилляционным свойствам стекла их экранов, было известно давно [3]. Однако возможность возбуждения сигнала в динодной сборке, А1 и фоточувствительном покрытиях не была выяснена в полной мере.

С другой стороны, при использовании темных электронных умножителей (ТЭУ-167 изготовлены на базе ФЭУ-167) с малым (013 мм) прозрачным окном во внутреннем А1 покрытии лицевого экрана 0125 мм было замечено резкое падение темпа регистрации КЛ этими «темными» приборами. Поскольку ТЭУ-167 были предназначены для регистрации ЯАЧ, нужно было прояснить причины их столь неожиданной реакции на КЛ.

Существенным мотивом работы в этом направлении было также желание понять, в какой степени содержание калия в стекле экранов даемон-чувствительных ФЭУ-167-1 может быть ответственно за эту чувствительность.

В качестве источников эталонных ядерных излучений для исследования откликов ФЭУ использовались КЛ, а также "'Со.

Изучение возможных причин падения регистрируемого ТЭУ-167 числа событий КЛ, которое оказалось пропорциональным площади малого прозрачного окна в лицевом диске прибора, привело к выводу, что частицы КЛ возбуждают световое излучение непосредственно в стекле диска.

В апреле 2009 года были проведены серии экспериментов со стандартным малошумящим ФЭУ-167 (№00015), облучавшимся КЛ. В первой серии экспериментов экран ФЭУ-167 закрывался черной бумагой, алюминизированным лавсаном, экраном ТЭУ-167 (с внутренним А1 покрытием) или экранами других (еще 15-ти имевшихся в нашем распоряжении) ФЭУ-167, включая три даемон-чувствительных ФЭУ-167-1 с дисками из калий-содержащего стекла С-52-1. Оптический контакт экранов ФЭУ обеспечивался слоем глицерина. Наблюдения велись круглосуточно, но для сопоставления использовались только ночные экспериментальные данные (с 2~ до 3— часов), когда фоновые электромагнитные наводки минимальны.

Как и следовало ожидать, если стекло экрана действительно сцинтиллирует, количество событий, обусловленных КЛ, возрастало по мере перехода от черной бумаги к алюминизированному лавсану и, далее, к зеркальному экрану ТЭУ-167. В последнем случае число событий более чем удваивается (по сравнению со случаем черной бумаги) вследствие дополнительных сцинтилляций в толще экрана ТЭУ-167 и отражения света от экранов обоих приборов внутренним А1 покрытием ТЭУ. Таким образом, эффект сцинтилляционной активности стекол экранов ФЭУ-167 находит дополнительное подтверждение.

25.04.2009 с 02-30 до 03-30 ' ЛЭУ00015*члр«ая бумага \ п=1ЬЗ: А* 153 «час

| 22.04.2005 С 15 55 до 16-35 I ФЭУОЭ015*гтсттцами одоииллятор и-130; Л* 283 в час

г2,04.г303с2100да21 40 ФЭУ00Э15*'"Со'ч(;р"ИЯ бумага па 260, Л» 404 ш час

04.2С-09с19-4?дв19-57 'НХЗО^ппастиковыЛ <нп*лл*тср+мСй 432: л» 2600 • час

Рис. 4. Спектры сигналов (число событий N в зависимости от интенсивности -амплитуды их сигнала в мВ), полученных с ФЭУ-167 (№00015) при разных условиях.

п - число событий малой амплитуды (2.8 < и<3.6 мВ). п - число событий малой амплитуды в час.

А - экран ФЭУ закрыт черной бумагой; экспозиция 1 час (ночью 20.04.2009 с 2.30 до 3.30 часов в условиях минимальных наводок), ( п = 153 в час). Б - по центру экрана ФЭУ помещен на оптическом контакте полистироловый сцинтиллятор; экспозиция 40 мин (п = 285 в час). В - по центру экрана ФЭУ помещен '"Со источник; экспозиция 40 минут (п = 404 в час). Г-на полистироловый сцинтиллятор посреди экрана ФЭУ помещен №Со источник; экспозиция 10 минут (п > 2600 в час).

Во второй серии экспериментов с 15 другими ФЭУ-167, экраны которых прислонялись к экрану ФЭУ №00015, не выявили статистически значимых различий в сцинтилляционной активности стекла их дисков (около 600-900 событий/час), что относится и к трем даемон-чувствительным ФЭУ-167-1. Правда, два ничем не примечательных ФЭУ-167 (один из них с нарушенным вакуумом) показали несколько увеличенный уровень сцинтилляционной реакции их экранов >1000-1200 событий/час.

Чтобы получить дополнительную информацию о физике явления, и опять-таки сопоставить свойства экранов разных ФЭУ-167, в качестве источника излучения был использован ®Со (0.3 МэВ р-электроны и 1.17 + 1.33 МэВ у-изл учения).

Сопоставление энергетических сцинтилляционных спектров от стекла со спектрами от полистиролового (2% терфенил + 0.06% РОРОР) сцинтиллятора 015 мм и толщиной 4.5 мм, полученными как от фонового (главным образом KJI) облучений, так и от Р и у источника 60Со, показывают, что эффективность стекол типа С-52-1 и С-49-1, как сцинтилляторов, в ~ 102 ниже, чем пластмассового (рис. 4).

Известно, что для регистрации у-излучения наиболее пригодны неорганические сцинтилляторы с большой объемной концентрацией электронов, т.е. с большим атомным весом (типа Nal и т.п.). В этом плане органические сцинтилляторы (как и стекла) проигрывают. Чтобы использовать их, для преобразования у-излучений во вторичное электронное излучение часто применяют добавки (или прослойки) свинца [3, 13]. С этой целью мы поместили свинцовый блок толщиной 27 мм между №Со источником и экраном ФЭУ-167.

Применение этой сборки в разных комбинациях с непрозрачной черной бумагой и с экранами других испытуемых ФЭУ показало, что и при облучении вторичными электронами экраны ФЭУ-167 из боросиликатного и калий-содержащего стекол не показывают заметного различия в сцинтилляционных свойствах.

Изучение сцинтилляционных свойств экранов ФЭУ привело к некоторым практическим выводам:

(1)Поскольку известны довольно эффективные сцинтилляторы из стекол, допированных, скажем, церием, было предложено изготавливать лицевые экраны ФЭУ (и, более общо, иных фотоэлектронных приборов) из сцинтилляционно-активного материала (Заявка на Патент РФ №2009145046/28 "Устройство для регистрации ядерных и фотонных излучений" / Дробышевский Э.М. и Дробышевский М.Э.). Это исключает необходимость использования в детекторах дополнительных специальных сцинтилляционных блоков, что в ряде случаев может заметно упростить их конструкцию, повысить эффективность и надежность прибора, уменьшить его вес и т.п.

(2) Из наших экспериментов следует, далее, что существенную роль в сцинтилляционном отклике подобных (и вообще) ФЭУ на (фоновые) излучения может играть тип светоизоляции его окна - поглощающая свет черная или же, напротив, отражающая зеркальная поверхность.

(3) Наконец, если вся внутренняя поверхность прикатодной секции колбы ФЭУ (теперь это «темный» электронный умножитель - ТЭУ) покрыта металлическим слоем, то это исключает попадание квантов сцинтилляционного излучения из стекла в фоточувствительный (щелочной) слой прибора. В таком случае KJI не возбуждают в нем сигнал и поэтому низкофоновые (подземные) эксперименты могут стать в некоторых случаях излишними.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации.

Приложение 1 посвящено краткому обзору проблемы поиска объектов ТМ. Их обнаружение и выяснение природы является одной из самых актуальных и фундаментальных задач современной науки. Подробно рассмотрены физические процессы взаимодействия ЯАЧ с веществом. Созданный на основе этой гипотезы детектор за 9 лет наблюдений с достоверностью C.L. = 5 <7 зарегистрировал в КИ поток низкоскоростных (К~ 10-15 км/с) ЯАЧ.

В Приложении 2 приводятся результаты наших небесно-механических расчетов захвата Солнцем даемонов - членов диска Галактики. Эти расчеты делают понятным, почему в наших экспериментах наблюдаются потоки объектов со скоростью главным образом ~ 10-15 км/с и с периодом 0.5 года -это, в основном, NEACHO объекты, а в экспериментах DAM А [1] - потоки с периодом 1 год и V ~ 30-50 км/с - это, в основном, SEECHO объекты. Сопряжение наших и DAMA результатов позволило оценить газодинамическое сечение взаимодействия даемона с Солнечным веществом ~ 10"19 см2. Отсюда, в частности, следует, что DAMA эксперимент детектирует, по-видимому, не ВИМПы (Weakly Interacting Massive Particles - WIMPs) (для них сечение взаимодействия с нуклоном ~ ¡042-10 43 см2).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В работе рассмотрен ряд физических и технических аспектов функционирования вторичных электронных умножителей, включая ФЭУ.

В результате по своей направленности содержательная часть работы может быть разделена на две взаимосвязанные части.

Так, подробно исследованы причины реакции ФЭУ-167 на космические лучи (KJI). Эта реакция была выявлена в результате работ по созданию и модификации электронных умножителей, чувствующих пролет ядерно-активных частиц (ЯАЧ) - даемонов. Мы подтвердили, что ФЭУ могут реагировать на КЛ благодаря сцинтилляционным свойствам стекла своего лицевого экрана. Для понимания, почему некоторые экземпляры ФЭУ-167-1, экраны которых изготовлены из калий-содержащего стекла С-52-1, реагируют на пролет даемонов, мы провели специальные исследования, которые показали, что присутствие калия не меняет заметно сцинтилляционного отклика стекла на частицы КЛ. Сделан также вывод, что взаимодействие частиц КЛ с динодами, внутренним А1 и/или фоточувствительным покрытием не ведут к возбуждению сигналов. Итогом исследований в этом направлении стал ряд рекомендаций, в том числе чисто практических советов, - когда желательно закрывать экран, скажем, черной бумагой, а когда - отражающим свет (зеркальным) материалом. Подана заявка на изобретение фотоэлектронных приборов с лицевыми экранами из сцинтиллирующего стекла (материала). Такие приборы в

некоторых случаях сделают ненужным применение дополнительных сцинтилляционных блоков. Отмечено, что эксперименты с применением некоторых типов электронных умножителей, чувствующих определенные компоненты космического излучения, не обязательно проводить в низкофоновых (подземных) условиях.

Другая часть работы содержит результаты исследований новых свойств и типов электронных умножителей. Эти исследования были стимулированы обнаружением реакции некоторых экземпляров ФЭУ-167-1 на проходящие через них с довольно низкими (астрономическими) скоростями (-10 км/с) ядерно-активные объекты, что было подтверждено подземными экспериментами в БНО (Глава 2). Можно предположить несколько причин такой реакции. Но поскольку было выявлено, что эти экземпляры ФЭУ-167-1 обладают довольно значительной (-0.5 мкм) толщиной внутреннего А1 покрытия прикатодной части колбы (стандартно это - 0.1 мкм), то разумно было допустить, что отрицательно заряженные электрически ядерно-активные объекты, идущие в ФЭУ со стороны вакуума и поэтому сохраняющие этот заряд, захватывают в достаточно толстом (~ 1 мкм) металлическом слое ядро А1 с его возбуждением и результирующей эмиссией электронов. Электроны стандартно умножаются в ФЭУ, создавая на его выходе электрический импульс. Поэтому основные усилия в данной работе были сконцентрированы на разработке этой рабочей гипотезы.

Для ее экспериментальной проверки на базе технологии ФЭУ-167 по нашему заказу были изготовлены малой серией «темные» электронные умножители ТЭУ-167. В них вся внутренняя поверхность прикатодной секции колбы, включая также экран, была покрыта толстым (-0.5 мкм) слоем алюминия.

Испытания этих приборов во время мартовского 2009 г. максимума потока даемонов показало, что ТЭУ-167 с определенной достоверностью (С.Ь.~ 1.8<т - 93% в данном эксперименте), по-видимому, регистрируют проход даемонов через них.

Однако испытанные ТЭУ-167 реагируют на частицы независимо от направления их движения.

Для более отчетливого выявления эффекта были изготовлены и испытаны ТЭУ-167д. В этих приборах толстый (-0.5 мкм) слой А1 покрытия был нанесен только на внутреннюю поверхность лицевого диска. Остальная часть поверхности прикатодной секции колбы была покрыта тонким (-0.05 мкм) слоем А1. Такие ТЭУ-167д чувствуют низкоскоростные (V - 10+15 км/с) ЯАЧ, движущиеся, преимущественно, по направлению от цоколя к их экрану, что и было подтверждено экспериментами с двумя ТЭУ-167д с достоверностью 3.1 <т (С.Ь. = 99.8%) в не самых благоприятных для высоких широт северного полушария условиях сентябрьского, 2009 г., максимума потока даемонов.

Таким образом, нам удалось разработать и испытать прибор, чувствующий направление медленного движения ядерно-активных частиц, что указывает пути для новых применений ВЭУ.

Основные результаты:

1. Создано и модернизировано оборудование для регистрации КИ с предположением о наличии в нем ЯАЧ, согласно выдвинутым ранее рядом авторов гипотезам и физическим свойствам, представления о которых разрабатываются в ФТИ РАН.

2. Решены технические задачи: созданы регистрационные модули и стенды из них, автоматизировано управление стендами, процесс сбора и обработки экспериментальных данных.

3. Выявлены и изучены ранее неизвестные особенности реакции ФЭУ на КИ, что указало на возможность целенаправленной модернизации умножителей, а также позволило дать рекомендации по применению ФЭУ при решении широкого круга задач.

4. Предложены новые конструкции ВЭУ (Темных Электронных Умножителей - ТЭУ), на которые поданы заявки на изобретения.

5. Осуществлена модернизация ВЭУ с целью их использования для поиска пока гипотетических медленных ядерно-активных частиц. ТЭУ испытаны на различных стендах.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Drobyshevski Е.М., Drobyshevski М.Е., Izmodenova T.Yu., Telnov D.S. Two years of detecting dark matter objects - the Solar system members // Astron. Astrophys. Trans., 22(3), 2003, P. 263-271; arXiv: astro-ph/0305597.

2. Drobyshevski E.M., Drobyshevski M.E. Study of the spring and autumn daemon-flux maxima at the Baksan Neutrino Observatory // Astron. Astrophys. Trans., 25(1), 2006, P. 57-73; arXiv: astro-ph/0607046.

3. Дробышевский М.Э. Особенности реакции фотоэлектронных умножителей на фоновое космическое излучение // ЖТФ, 80(4), 2010, С. 145-148.

4. Drobyshevski Е.М., Drobyshevski M.E. Towards special Daemon-sensitive electron multiplier: Positive outcome of March 2009 experiment // Mod. Phys. Lett. A, 25(7), 2010, P. 489-499.

5. Drobyshevski E.M., Drobyshevski M.E., Pikulin V.A. Now the Dark Electron Multiplier does sense direction of the daemon motion // Mod. Phys. Lett. A, 25(13), 2010, P. 1047-1058.

6. Дробышевский М.Э., Бобашев C.B. Исследование отклика ФЭУ на ядерные излучения// Научное приборостроение, 21(1), 2011, С. 120-127.

7. Drobyshevski Е.М., Drobyshevski M.E. Daemons and DAMA: Their celestial-mechanics interrelations // Astron. Astrophys. Trans., 26(4), 2007, P. 289-299; arXiv:0704.0982.

ЛИТЕРАТУРА, ЦИТИРУЕМАЯ В АВТОРЕФЕРАТЕ

[1] Bernabei R., et al. Dark Matter Search // Riv. Nuovo Cimento, 20(1), 2003, P. 1-73; arXiv: astro-ph/0307403.

[2] Gnedin Yu.N., Dodonov S.N., Vlasyuk V.V. et al. Astronomical searches for axions: observations at the SAO 6-m telescope // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc., 306, 1999, P. 117-121.

[3] Birks J.B. The Theory and Practice of Scintillation Counting // Pergamon Press, 1964. P. 662.

[4] Drobyshevski E.M. Observation of the March maximum in the daemon flux from near-Earth orbits in the year 2005: New efforts and new effects // Astron. Astrophys. Trans. 25, 2006, P. 43-55; arXiv: astro-ph/0605314.

[5] Лифшиц T.M. Применение электронных умножителей для счета элементарных частиц и квантов // УФН, 50(3), 1953, С. 365-432.

[6] Ануфриев Г.С. и др. Магнитный резонансный масс-спектрометр с системой управления и обработки информации МИ9303 // Научное приборостроение. Сборник научных трудов, Л., Наука, 1987, С. 101-106.

[7] Drobyshevski E.M. Solar neutrinos and dark matter: cosmions, CHAMPs or... DAEMONS?//Mon. Not. R. Astron. Soc., 282,1996, P. 211-217.

[8] Марков M.A. Элементарные частицы максимально больших масс (кварки, максимоны) // ЖЭТФ, 51(3), 1966, С. 878-890.

[9] Станюкович К.П. Об одном возможном виде устойчивых частиц в Метагалактике//ДАН, 168(4), 1966, С. 781-784.

[10] Hawking S. Gravitationally collapsing objects of very low mass // Mon. Not. Royal Astron. Soc., 152,1971, P. 75-78.

[11] Prodanov E.M. Daemon decay and inflation // Physics Lett. В 681, 2009, P. 214-219; arXiv:0910.1769v 1.

[12] Drobyshevski E.M., Beloborodyy M.V., Kurakin R.O., Latypov V.G., Pelepelin K.A. Detection of several daemon populations in Earth-crossing orbits // Astron. Astrophys. Trans., 22, 2003, P. 19-32; astro-ph/0108231.

[13]Медведев M.H. Сцинтилляционные детекторы // M., Атомиздат, 1977, 136 с.

Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97

Подписано в печать 18.02.2011. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 7212Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.:(812)550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность темы и постановка задачи.

Научная новизна.

Научная и практическая значимость.

Содержание работы.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

ГЛАВА 1. Возможности усовершенствования электронных умножителей для регистрации проникающих излучений.

Истоки проблемы и некоторые направления ее решения.

1.1. Проблема регистрации слабых (одноэлектронных) сигналов и место электронных умножителей в изучении явлений на субатомном уровне.

1.2. Области применения фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

1.3. Применение вторичных электронных умножителей (ВЭУ) для прямой регистрации частиц.

1.4. Истоки проблемы и постановка задачи.

1.5. Что такое ядерно-активные частицы (ограничивающее определение).

1.6. СПб эксперименты по регистрации ядерно-активных частиц.

ГЛАВА 2. Реакция ФЭУ-167 на ядерно-активные частицы. Баксанский эксперимент.

2.1. Реакция ФЭУ-167-1 на ядерно-активные частицы.

2.2. Баксанский эксперимент сентября 2005 г.

2.2.1. Сводка результатов эксперимента. Некоторые неожиданности.

2.3. Обсуждение результатов.

2.4. Некоторые выводы.

ГЛАВА 3. Темные электронные умножители (ТЭУ) для регистрации ядерно-активных частиц.

3.1. Преамбула.

3.2. Темные электронные умножители (ТЭУ) как инструмент для регистрации ядерно-активных частиц.

3.3. Испытание ТЭУ при регистрации мартовского максимума потока ядерно-активных частиц.

3.3.1. Чувствительность ТЭУ к первичному ЫЕАСНО потоку.

3.3.2. Учет зависимости формы сцинтилляций от направления движения ядерно-активных частиц через тонкий сцинтиллятор.

3.3.3. ТЭУ выявляют суточную модуляцию потока, соответствующую небесно-механическим представлениям об орбитальной эволюции ядерно-активных ОМ частиц.

3.4. Первые эксперименты с ТЭУ показали перспективность их применения.

ГЛАВА 4. Дальнейшие перспективы ТЭУ — приборы для определения направления движения ядерно-активных частиц.

4.1. Возможность создания ТЭУ, чувствующих направление движения проходящих через них частиц.

4.2. Ожидаемые особенности регистрации разных потоков ЯАЧ в сентябре.

4.3. Эксперимент сентября 2009. Описание детектора.

4.4. Первые испытания ТЭУ-167д подтвердили их чувствительность к направлению движения частиц.

4.5. Некоторые выводы и перспективы.

ГЛАВА 5. Механизм реакции ФЭУ-167 на частицы космических лучей

5.1. Возможность прямой реакции фотоэлектронных умножителей

ФЭУ) на ядерные излучения.

5.1.1. Эксперименты с модифицированными ФЭУ-167 подтверждают сцинтилляционную природу реакции ФЭУ на космические лучи.

5.2. Исследование сцинтилляционных свойств экранов ФЭУ с использованием фоновых излучений.

5.3. Исследование сцинтилляционных свойств экранов ФЭУ-167 с помощью б0Со источника.

5.3.1. Демонстрация сцинтилляционных свойств экрана ФЭУ с помощью вторичных электронов.

5.4. Некоторые следствия и практические рекомендации.

Актуальность темы и постановка задачи

Тема диссертации актуальна, поскольку вторичные электронные умножители (ВЭУ), - включая фотоэлектронные умножители (ФЭУ), находят широкое применение в современной науке (особенно в ядерной физике и астрофизике) и технике. Без них сегодня немыслимо существование многих экспериментальных направлений. Обусловлено это тем, что многокаскадная вторичная электронная эмиссия обеспечивает в компактных приборах коэффициенты усиления, доходящие до ~109, что делает повседневностью реальное использование их для регистрации даже отдельных квантов и частиц - электронов, ионов, элементарных частиц и т.п.

Поэтому очевидно, что любое целенаправленное усовершенствование ВЭУ, как и углубленное понимание различных аспектов их работы, будет способствовать расширению областей их применения.

Исследование свойств ВЭУ в данной работе было стимулировано их использованием в экспериментальных установках, в которых, наряду с регистрацией космического излучения (КИ), предпринята попытка поиска объектов скрытой (темной) массы Вселенной. Проблема обнаружения таких объектов и выяснение их природы является одной из актуальных и фундаментальных проблем современной науки [25, 44, 56].

В Приложении 1 кратко изложено содержание развиваемой в ФТИ идеи о том, что темная материя (ТМ) содержит "даемоны" (DArk Electric Matter Objects - daemons), - предположительно, сверхмассивные планковские частицы, несущие отрицательный (до 10е) электрический заряд. Согласно рассматриваемой рабочей гипотезе, можно ожидать в потоке КИ наличие таких частиц, детектирование которых возможно благодаря захвату ими ядер атомов, например А1, с эмиссией большого числа электронов, регистрируемых ВЭУ. Мы называем такие частицы ядерно-активными частицами (ЯАЧ).

Далее под ядерно-активными излучениями мы будем понимать как частицы атмосферных ливней космических лучей (КЛ), так и рассматриваемые в рамках рабочей гипотезы ЯАЧ, движущиеся с нерелятивистскими астрономическими скоростями (К— 10 км/с).

Использование ФЭУ в экспериментальной установке для регистрации частиц КИ в ФТИ РАН выявило два взаимосвязанных аспекта их реакции на ядерно-активные излучения, послуживших основанием для выполнения данной работы:

Во-первых, была зафиксирована реакция ФЭУ-167 (фотокатод 0100) на КЛ. Эффект этот известен более полувека [26], но многие его детали оставались не до конца понятными.

Во-вторых, было найдено [34], что некоторые экземпляры ФЭУ-167-1, по-видимому, непосредственно сами, без сцинтилляторов и т.п. дополнительных элементов, реагируют на пролет через них низкоскоростных 10 км/с) ЯАЧ.

Работа по созданию приборов для детектирования КИ велась в рамках и на базе рабочей гипотезы, предполагающей существование ЯАЧ, в том числе на основе ряда экспериментальных данных, полученных на довольно высоком уровне достоверности (см. Приложение 1).

Основной целью диссертационной работы была разработка и исследование приборов для регистрации частиц КИ, имея в виду их возможное применение и для регистрации ЯАЧ. В соответствии с общей целью исследований были поставлены следующие основные задачи:

1) Исследование реакции ВЭУ (и ФЭУ) на различные компоненты КИ.

2) Формулирование на этой основе практических рекомендаций по применению и усовершенствованию ВЭУ.

3) Создание рабочих образцов усовершенствованных ВЭУ для детектирования ЯАЧ.

4) Практическое применение и испытание новых приборов для детектирования ЯАЧ.

Научная новизна

В диссертации проведено систематическое исследование процессов возникновения сигналов в ВЭУ (и в ФЭУ) под действием КИ и даны практические рекомендации.

Среди новых научных результатов, полученных в диссертации, отметим следующие:

1. Результаты изучения реакции ФЭУ на КЛ показывают, что часть фоновых сигналов ФЭУ обязана своим появлением сцинтилляционным процессам в их стекле, а не процессам в фотокатоде или в динодной сборке.

2. Исследования сцинтилляционной реакции боросиликатных стеклянных входных светоприемных окон (экранов) ФЭУ-167 и калий-содержащих экранов ФЭУ-167-1 показали, что экран ФЭУ действительно работает

•у как сцинтиллятор (в ~ 10 раз менее чувствительный, чем пластмассовый (полистирол + 2% терфенил + 0.06% РОРОР)) вне зависимости от состава испытанных стекол.

3. По мере выявления новых аспектов реакции детектирующих элементов на частицы КИ проводилась целенаправленная модернизация экспериментального стенда.

4. На основе физических принципов взаимодействия ЯАЧ с веществом, изученных в ФТИ (эмиссия частиц в результате захвата атомного ядра ядерно-активной частицей), разработаны Темные вторичные Электронные Умножители ТЭУ-167, чувствительные к пролету (и направлению пролета - ТЭУ-167д) через них ЯАЧ.

5. Применение ТЭУ-167 и ТЭУ-167д позволило более чем на порядок уменьшить вклад фоновых КЛ в регистрируемые события, что повысило эффективность регистрации ядерно-активной компоненты (частиц) в КИ. В процессе испытаний разработанных приборов удалось зарегистрировать в КИ поток ЯАЧ до/~ 1.5 х 10"7 см"2с"'.

Научная и практическая значимость

Разработан вакуумный Темный вторичный Электронный Умножитель ТЭУ-167 (оформлен в виде Заявки на патент Российской Федерации №2008145004/28 «Вакуумный электронный умножитель для регистрации частиц»). Приборы ТЭУ-167 изготовлены малой серией ЗАО «Экран-оптические системы» (г. Новосибирск).

С помощью приборов ТЭУ-167 проведены исследования КИ. Зарегистрирован поток низкоскоростных (V ~ 10-15 км/с) ЯАЧ частиц

7 2 1 космического излучения / ~ 1.5x10" см" с" с умеренным уровнем достоверности (C.L. = 84%).

Разработан вакуумный электронный умножитель ТЭУ-167д (оформлен в виде Заявки на патент РФ №2009148557/28 «Вакуумный электронный умножитель для регистрации направленного движения ядерно-активных частиц»). Приборы изготовлены малой серией ЗАО «Экран-оптические системы».

С помощью приборов ТЭУ-167д проведены исследования КИ. На хорошем уровне достоверности (C.L. = 99.8%) в КИ зарегистрирован поток низкоскоростных (V— 10-15 км/с) ЯАЧ.

Два прибора ТЭУ-167д отправлены в феврале 2010 г. для проведения совместного эксперимента в Университет Тор Вергата (Рим) заинтересовавшейся в них международной коллаборации DAMA, занимающейся экспериментальными поисками объектов ТМ. Приборы установлены и проходят испытания в детекторе Nemesis. В ноябре 2010 г. DAMA высказала заинтересованность в получении еще 14 экземпляров ТЭУ-167д.

Результаты исследования реакции ФЭУ на KJI показывают, что часть фоновых сигналов ФЭУ обязана своим появлением сцинтилляционным процессам в их стекле.

Выявленные свойства ФЭУ-167 необходимо учитывать при выполнении любых прецизионных измерений с использованием также других типов ФЭУ и иных светочувствительных датчиков и приборов. Практическое следствие: Предложено (и оформлено в виде Заявки на патент РФ №2009145046/28 «Устройство для регистрации ядерных и фотонных излучений») изготавливать ФЭУ, и более общо — фоточувствительные электронные приборы, с входными окнами, выполненными из сцинтилляционно-активных стекол (материалов).

Содержание работы

Поскольку диссертация посвящена выявлению ряда аспектов реакции ВЭУ (включая также ФЭУ) на частицы КИ, в Главе 1 представлена краткая история появления и развития электронных умножителей и их роли в развитии фундаментальной физики XX века, с одной стороны, а с другой -кратко обрисована ситуация с поиском объектов ТМ, которая явилась базой для выполнения настоящей работы и определила направление дальнейшего целенаправленного совершенствования электронных умножителей.

Отмечено, что идея многокаскадного (многодинодного) ВЭУ была высказана в СССР Л.А. Кубецким [5] в 1930 г. Она оказалась весьма плодотворной. Интересно, что сначала (с 1939 г.) ВЭУ применялись для регистрации (и счета) частиц ядерных излучений напрямую, и только в 1940 г. были созданы собственно ФЭУ. ФЭУ с середины 1940-х годов стали в сборке со сцинтилляторами активно использоваться в ядерной физике.

Высокая чувствительность ВЭУ (коэффициент усиления в одном компактном приборе достигает ~ 109) обеспечивает возможность регистрации любого процесса с эмиссией свободных электронов, что придает ВЭУ уникальные свойства и делает их зачастую незаменимым инструментом во многих областях науки и техники (начиная от космических исследований и кончая медициной и т.п.). Конструкции только ФЭУ насчитывают сотни типов, размеры входных окон меняются от миллиметров до десятков сантиметров, количество их, используемых в одном эксперименте, достигает десятков тысяч и т.п.

Простые ВЭУ, регистрирующие не свет, а частицы, не столь разнообразны, - их насчитывается десятки типов и применяются они, помимо прямой регистрации ядерных излучений, в различных видах масс-спектрометров для анализа химического и изотопного составов веществ и т.п. [1].

Поскольку наш интерес к ВЭУ (включая ФЭУ) стимулировался обнаружением реакции некоторых экземпляров ФЭУ-167-1 на пролет через них с астрономической скоростью (У~ 10 км/с всего лишь) ядерно-активных частиц, в Главе 1 кратко излагается разрабатываемая [35] в ФТИ РАН идея о ТМ, состоящей из «даемонов» - DArk Electric Matter Objects, -предположительно элементарных планковских черных дыр с массой ~1019 ГэВ, несущих электрический заряд до Z— 10е. Разные авторы называли ранее подобные частицы квантовыми максимонами [7], планкеонами [19], ньюторитами и т.д. [45, 50], но способов их обнаружения указано не было. Только в ФТИ РАН было отмечено, что при захвате отрицательным даемоном атомного ядра выделяется энергия -100 МэВ с эмиссией нуклонов и их кластеров, что делает даже медленный даемон, удар которого не способен возбудить электрон в атоме, легко обнаружимой ядерно-активной частицей (ЯАЧ).

На основе физических принципов взаимодействия ЯАЧ с веществом (см. Приложение 1) в ФТИ РАН был создан простой детектор из двух горизонтальных 0.5x0.5 м прозрачных полистироловых 4 мм пластин, покрытых снизу 3.5 мг/см" ZnS(Ag) порошком. Использовался сцинтиллятор ZnS(Ag), поскольку его чувствительность к бета-частицам и гамма-квантам мала, благодаря чему удается регистрировать, в основном, только тяжелые заряженные частицы типа протонов и альфа-частиц. Пластины были разнесены на 7 см и помещались горизонтально посреди жестяного кубического короба со стороной 51 см (верхняя крышка — черная бумага, черная бумага разделяла также пластины). Внутренняя поверхность модуля хорошо отражает свет, что улучшает эффективность системы. Каждый сцинтиллятор со своей стороны с расстояния 22 см наблюдался ФЭУ-167. Сигналы с ФЭУ (верхний - запускающий) подавались на 2-х лучевой цифровой запоминающий осциллограф типа С9-8, с разверткой (от момента запуска) ±100 мкс. Осциллографы подключались к компьютеру через КОП (Канал Общего Пользования) интерфейс (приборный интерфейс ГОСТ 26.003-80, соответствующий IEEE-488), что позволило полностью автоматизировать управление многомодульным стендом и процесс сбора экспериментальных данных. Если сигналы имелись на обоих лучах осциллографа, то события записывались в ПК. В процессе компьютерной обработки для разделения разных видов излучения нами использовался метод идентификации частиц по форме импульса, основанный на том общеизвестном факте, что сцинтилляционные импульсы, вызванные разными частицами, характеризуются разными временами нарастания и длительностью, что может быть использовано для их идентификации.

В эксперименте по регистрации частиц КИ с использованием 4-х подобных модулей были получены первые обнадеживающие результаты. В распределении числа двойных событий N(At) в зависимости от временного сдвига At между началами их сигналов с верхнего и нижнего ФЭУ в бине 20 < At < 40 мкс (т.н. "30 мкс бин", всего интервал -100 < At < +100 мкс разбивался на 10 бинов) проявился максимум с достоверностью 2.8 ст. Причем он существовал для событий, у которых форма верхнего сигнала соответствовала сцинтилляции с медленным (>2 мкс) нарастанием фронта и пологим максимумом, что характерно для альфа-частиц (HPSs — Heavy Particle Scintillations). Нижний сигнал имел короткий фронт (<1.8 мкс) и форму, присущую собственным шумам ФЭУ (NLSs — Noise-Like Signals — шумоподобные сигналы) и/или несдвинутым (At < 0.2 мкс) событиям KJI (иногда даже во всех модулях сразу).

Результаты эксперимента, как всегда, потребовали уточнения рабочей гипотезы. Так, сдвиг At ~ 30 мкс при 7 см зазоре между сцинтилляторами (и не HPS сигнал с нижнего из них) соответствовал непонятно малой скорости всего 2-3.5 км/с. Поэтому, пришлось допустить (см. Приложение 1), что захваченное в верхнем слое ZnS(Ag) ядро Zn или S разлагается даемоном только на пути > 7 см, и захват им нового ядра (уже Fe или Sn) происходит только через ~ 29 см в нижней крышке короба. Из продуктов захвата здесь лишь -0.2 МэВ электроны могут преодолеть 22 см путь в воздухе до нижнего ZnS(Ag) сцинтиллятора, где и вызывают NLS.

Отсюда следовали важные выводы: (1) При базовом расстоянии 29 см скорость ЯАЧ V= 10(11.2)-^ 15 км/с, что хорошо соответствует их выпадению с околоземных почти круговых гелиоцентрических орбит (Near Earth almost circular heliocentric orbits - NEACHOs), и (2) время полураспада даемону содержащего нуклона Агех ~ 10" сек, а не 10" сек, как предполагалось при выборе 7 см зазора между пластинами с ZnS(Ag). Последующие эксперименты в общем подтвердили эти выводы.

Непосредственное отношение к предмету диссертации имело обнаружение того факта, что, как минимум, некоторые экземпляры (а возможно, в разной степени, и все) ФЭУ-167 сами, без дополнительных элементов (сцинтилляторов и т.п.), способны реагировать на ядерно-активные излучения типа KJI и даемонов.

Действительно, оказалось, что несдвинутые двойные NLS события иногда одновременно наблюдаются в нескольких модулях, даже если экраны ФЭУ светоизолированы. Отсюда следовал вывод, что NLS реакция ФЭУ вызывается частицами атмосферных ливней КЛ.

С другой стороны, Санкт-Петербургский эксперимент марта 2005 года показал [34], что некоторые экземпляры ФЭУ-167-1 (с экраном из К-содержащего стекла), по-видимому, реагируют и на пролет ЯАЧ через них. Было выявлено далее, что эти приборы имеют повышенную толщину (до ~ 1 мкм) внутреннего А1 покрытия тыльной поверхности прикатодной секции их колбы (при стандартной толщине ~ 0.1 мкм). Такая реакция была подтверждена нашими экспериментами в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН. Она становится понятной, если иметь в виду физические процессы взаимодействия ЯАЧ с веществом в ФЭУ (подробнее см. Приложение 1).

Эти наблюдения послужили основой для выполнения работ, составляющих содержание диссертации.

В Главе 2 описаны результаты эксперимента по детектированию с помощью сильно модифицированного модуля сентябрьского 2005 года максимума 1ЧЕАСНО потока ЯАЧ в подземных (400 М\\ГЕ) низкофоновых условиях Баксанской нейтринной обсерватории (БНО) ИЯИ РАН. Эксперимент оказался возможным благодаря любезному содействию директора БНО В.В. Кузьминова. Детекторный модуль теперь содержал только один верхний ZnS(Ag) сцинтиллятор, наблюдаемый с 22 см стандартным ФЭУ-167, дающим запускающие сигналы. Роль нижнего регистратора, без специального сцинтиллятора, выполнял ФЭУ-167-1 №00099, который, судя по Санкт-Петербургским наблюдениям марта 2005 г. [34], давал отклик на проходящие через него ЯАЧ. Более того, лицевой экран нижнего ФЭУ, находившийся на стандартном базовом 29 см расстоянии от 2п8(А§) сцинтиллятора был закрыт двумя слоями непрозрачного алюминизированного лавсана. Чтобы исключить радиацию содержащегося в воздухе радона, объем модуля промывался парами жидкого азота. Эксперимент дал впечатляющие, но не совсем понятные сразу результаты,- в распределении он зафиксировал не +30 мкс, а -30 мкс максимум (с уровнем достоверности С.Ь. = 2.2сг), - т.е. поток объектов шел не сверху, а из-под земли (см. рис. 2.1). Поток этот длился с 3 по 15 сентября и достигал (с учетом площади диска ФЭУ)1хЮ"7 см^с"1.

Интересно, что в начале марта 2006 года этот же модуль в Баксане показал А^(А/) с максимумом в +30 мкс бине. Таким образом, ФЭУ №00099 (с ориентированным горизонтально экраном) оказался способным регистрировать ЯАЧ, идущие через него как сверху, так и снизу.

Небесно-механическая причина появления потока из-под земли в сентябре стала ясна уже в 2006 году [34], а более уверенно в 2007 году после выполнения нами небесно-механических расчетов (см. Приложение 2 и [37]). Если объекты накапливаются на внешних ЫЕАСНОб, снаружи касающихся орбиты Земли за 10-15 дней до равноденствий, то они должны в это время догонять Землю, выпадая на нее главным образом вечером. Ось вращения Земли наклонена под углом 23.5° к нормали к плоскости ее орбиты, так что в марте объекты выпадают в высоких северных широтах преимущественно сверху, тогда как в сентябре это происходит в высоких широтах Южного полушария (см. Рис 2.3), - в результате в низких северных широтах, где велся наш эксперимент (Баксан), регистрировался первичный поток, идущий снизу.

Таким образом, обнаружение нестандартных свойств ФЭУ №00099 в марте 2005 года позволило нам в сентябре 2005 года с помощью этого же прибора выявить существенные аспекты небесно-механической эволюции приземного населения даемонов.

В Главе 3 в несколько иной плоскости изучаются последствия реакции ФЭУ, а более общо, ВЭУ, на внешние ядерно-активные облучения.

Рассматривается вопрос, как следует целенаправленно модифицировать ФЭУ, чтобы он стал прибором, эффективно чувствующим пролет через него ЯАЧ? Такая отрицательная частица (см. Приложение 1) сначала захватывает ядро с эмиссией электронов и нуклонов, а потом, пребывая внутри остатка ядра, постепенно «переваривает» его, восстанавливая свой отрицательный заряд и опять становясь способной к захвату нового ядра.

Направление это возникло из наблюдений (описанных в Главах 1 и 2) самостоятельной реакции некоторых экземпляров ФЭУ-167-1, обладающих утолщенным внутренним алюминиевым покрытием прикатодной секции колбы, на пролет через них ЯАЧ [34].

Явление объясняется тем, что при проходе в ФЭУ через его вакуум ЯАЧ, восстановившие свой отрицательный заряд в результате распада ранее захваченного ядра (и ставшие снова активными), не «отравляются» захватом нового ядра в воздухе. Более того, за время прохода в ФЭУ пути в 4-5 см они способны повысить свой отрицательный заряд до 2-3 единиц. Поэтому,

V. попадая из вакуума в утолщенное до 0.5—1 мкм А1 покрытие стенки колбы, они с большой вероятностью захватывают здесь ядро А1, тогда как более тонкий 0.1 мкм) слой они проходят без захвата. Захват ядра сопровождается выделением энергии связи ~ 60 МэВ, его возбуждением и эмиссией, наряду, с нуклонами, многих электронов, включая refilling электроны — свободные электроны в металле, которые поступают из прилежащего металлического слоя к возбужденному ядру вместо выброшенных атомных электронов. Часть этих эмитированных электронов, подобно стандартным фотоэлектронам, умножается в динодной системе ФЭУ, создавая на выходе прибора электрический сигнал.

Отсюда следовало две возможности: (1) испытать такие ФЭУ-167-1 в новой модифицированной версии детектора (что и было сделано в Баксане), а также (2) создать специальный новый электронный умножитель типа ФЭУ-167 (лицевой диск 0125 мм), который бы чувствовал пролет даемонов. Для этого нужно, чтобы вся внутренняя поверхность его прикатодной секции, включая экран, была напылена достаточно толстым (~ 0.5 -1 мкм) слоем алюминия. Эта идея явилась основой нашей заявки на изобретение (Заявка на Патент РФ №2008145004/28 Вакуумный электронный умножитель для регистрации частиц / Дробышевский Э.М. и Дробышевский М.Э).

По нашему заказу подобные приборы на базе технологии ФЭУ-167 были изготовлены малой серией ЗАО «Экран-оптические приборы» (г. Новосибирск). Это уже Темные Электронные Умножители ТЭУ-167 (рис. 3.1). Только малое 013 мм прозрачное окно было оставлено в центре экрана. Оно служило для грубой предварительной калибровки прибора светом напомним, что на всю внутреннюю поверхность прикатодной секции прибора стандартно наносится светочувствительный слой Sb-K-Na-Cs).

Для проведения испытаний были модифицированы два модуля детекторного стенда. Нижние сцинтилляторы в них были вообще убраны, а на место наблюдавших их ФЭУ-167 были поставлены новые ТЭУ-167, окна (013 мм) которых были светоизолированы. Экспозиция нового детектора с 24.02.2009 по 08.03.2009 дала распределение N(At) со слабыми (~ 1.2сг) максимумами в +30 мкс бинах.

С другой стороны, можно учесть, что эффективная ширина HPS (площадь ее осциллограммы, нормированная на амплитуду) зависит от направления движения ЯАЧ через тонкий ZnS(Ag) слой [36]. Когда объект, захвативший ядро в ZnS(Ag), движется внутрь полистироловой подложки, не все частицы, испущенные возбужденным ядром, достигают слоя ZnS(Ag), поскольку тормозятся полистиролом. Сцинтилляция будет несколько короче, чем если бы частица выходила в воздух или вакуум, поскольку в этих средах испущенным частицам ничто не мешает достичь сцинтиллятора. Поэтому, если построить распределение Nw(At) для «широких» HPS и Nn(At) для «узких» HPS (при этом Nw(At)+Nn(At) = N(At)), то сумма Nw(At)+Nn(-At) будет содержать в своем левом крыле (At < 0) избыток надфоновых событий, обусловленных наличием движущихся даемонов (слой ZnS(Ag) нанесен здесь на верхнюю поверхность полистирола). Если потока даемонов нет, то сумма N^(At)+Nn(-At) будет статистически неотличима от N(At).

Приложение этой процедуры к экспериментальным данным (полученным в период с 8.03.2009 по 22.03.2009) показало, что действительно, левое крыло распределения N^(At)+Nn(-At) при умеренных значениях амплитуды сигналов содержит 478 событий, тогда как правое -435. Статистическая достоверность этого различия согласно у? критерию

7 2 1 составляет лишь 84%. Но оно соответствует потоку объектов 1.5x10" см" с" вверх (или вниз, если поток одинаковый), каковой согласуется с нашими прежними измерениями (см. [38]).

Можно еще принять во внимание, что NEACHO даемоны, согласно небесно-механическим представлениям (см. выше), догоняют Землю, и поэтому выпадают на нее сверху в вечерние часы, т.е. где-то с 15 ч. до 23 ч. Для этого интервала левое крыло Nw(At)+Nn(-At) содержит 175 событий, а правое 143. Значимость различия повышается до 93%, а поток (вверх или

7 9 1 вниз) до / = 3.4x10" см" с", что вполне соответствует рассматриваемому физическому сценарию.

Таким образом, первая попытка применения ТЭУ дала довольно обнадеживающие результаты, подтвердив справедливость рабочей гипотезы.

Не очень сильная реакция этих ТЭУ на проход ЯАЧ вполне понятна, если учесть, что приборы реагируют на эти частицы независимо от направления их движения, так что, скажем, появление двух максимумов в N(At) при At > 0 и At < 0 уменьшает статистическую значимость каждого из них.

В Главе 4 описаны дальнейшие усилия, направленные на усовершенствование ТЭУ, на сей раз с целью создания новых приборов, чувствующих направление движения ЯАЧ через них. Для этого толстый (~ 0.5 мкм) слой AI был нанесен только на внутреннюю поверхность лицевого диска. Тыльная и боковая поверхности прикатодной секции колбы были покрыты тонким (-0.05-Ю.1 мкм) AI слоем, - т.е. толщина последнего была заметно меньше пути захвата AI ядра даемоном с Ze = (1-КЗ)е (<0) и F~ 10-15 км/с. Предполагалось, что ТЭУ будет реагировать на частицы, пролетающие от цоколя прибора через вакуум к его диску. Эти новые, чувствующие направление пролета частиц, приборы ТЭУ-167д были также изготовлены по нашему ТЗ на ЗАО «Экран-оптические приборы». На этот раз детекторный модуль и его компоновка были существенно изменены (Рис. 4.2). В то время, как верхний запускающий ФЭУ стандартно наблюдал ZnS(Ag) экран сверху с 22 см, внизу модуля под сцинтилляционным экраном было расположено два ТЭУ-167д, обращенных лицевыми экранами друг к другу (зазор между светоизолированными дисками был 5 мм, их расстояние до ZnS(Ag) экрана —

29 см). HPS сигнал с верхнего ФЭУ-167 запускал сразу два осциллографа С9-8. На вторые лучи их подавались импульсы с помещенных внизу ТЭУ. При наличии сигналов на обоих лучах любого из осциллографов событие запоминалось ПК.

Чтобы не терять полгода на ожидание очередного мартовского максимума потока NEACHO объектов, эксперименты были начаты в сентябре 2009 года, сразу же по получении ТЭУ-167д от изготовителя. На высокой северной 60° широте Санкт-Петербурга осенний максимум — не самый лучший сезон для его регистрации с помощью детектора с горизонтальными элементами, поскольку выпадающие NEACHO объекты идут в это время почти касательно земной поверхности. Наибольшего значения вертикальная компонента их скорости достигает ближе к утренним часам (23ч — 7ч, в это же время минимальны паразитные электромагнитные наводки) у потока, идущего из-под земли.

Основное внимание было уделено поиску 30 мкс максимума в распределении N(At). Как и в предыдущей Главе 3, все события были классифицированы на содержащие «широкие» и «узкие» HPS. Поскольку ZnS(Ag) слой лежал на верхней поверхности полистирола, то первые соответствуют главным образом объектам, идущим снизу, а вторые — идущим сверху и регистрируемым ТЭУ с экраном, обращенным вниз (рис. 4.2).

Сложение «широких» событий из -30 мкс бина с «узкими» событиями из +30 мкс бина действительно показывает их избыток над средним значением N(At). Однако в сентябре значимость этого потока едва достигает ~1 а. Но в первой половине октября он внезапно поднимается до -3.1 сг, после чего резко падает. Такое поведение вполне соответствует небесно-механическому сценарию, что первичный поток NEACHO объектов в сентябре, действительно, почти горизонтален и поэтому плохо регистрируется нашим детектором. Октябрьский же максимум обусловлен объектами, захваченными Землёй с NEACHOs на GESCOs (Geocentric Earthsurface crossing orbits), которые нормальны поверхности Земли и постепенно уходят внутрь ее вследствие уменьшения их скорости из-за сопротивления

7 2 1 вещества Земли. Их поток соответствует ~ 0.7x10" см" с" . Из-за уменьшения их скорости эти GESCO объекты должны из 30 мкс бина переходить в соседний 50 мкс бин (7.5 > V > 5 км/с). И действительно, приложение процедуры, подобной вышеописанной, к событиям 50 мкс бина показывает заметное возрастание числа событий в нем как-раз во второй половине октября. Таким образом, применение ТЭУ-167д, чувствующих прохождение и направление движения даемонов, позволило получить с помощью всего одного модуля (но с тремя ВЭУ) информацию об эволюции околоземных населений даемонов с хорошим уровнем достоверности (>3 а), что является пока наивысшим значением для наших измерений в течение одного сезона (-месяца).

Глава 5 посвящена изучению механизмов реакции ФЭУ на КЛ и ядерные излучения, включая сопоставление сцинтилляционных свойств экранов разных экземпляров ФЭУ.

То, что ФЭУ реагируют на КЛ благодаря сцинтилляционным свойствам стекла их экранов, было известно давно [26]. Однако возможность возбуждения сигнала в динодной сборке, А1 и фоточувствительном покрытиях не была выяснена в полной мере.

С другой стороны, при использовании темных электронных умножителей (ТЭУ-167 изготовлены на базе ФЭУ-167) с малым (013 мм) прозрачным окном во внутреннем А1 покрытии лицевого экрана 0125 мм было замечено резкое падение темпа регистрации КЛ этими «темными» приборами. Поскольку ТЭУ-167 были предназначены для регистрации ЯАЧ, нужно было прояснить причины их столь неожиданной реакции на КЛ.

Существенным мотивом работы в этом направлении было также желание понять, в какой степени содержание калия в стекле экранов даемон-чувствительных ФЭУ-167-1 может быть ответственно за эту чувствительность.

В качестве источников эталонных ядерных излучений для исследования откликов ФЭУ использовались КЛ, а также 60Со.

Изучение возможных причин падения регистрируемого ТЭУ-167 числа событий КЛ, которое оказалось пропорциональным площади малого прозрачного окна в лицевом диске прибора, привело к выводу, что частицы КЛ возбуждают световое излучение непосредственно в стекле диска.

В апреле 2009 года были проведены серии экспериментов со стандартным малошумящим ФЭУ-167 (№00015), облучавшимся КЛ. В первой серии экспериментов экран ФЭУ-167 закрывался черной бумагой, алюминизированным лавсаном, экраном ТЭУ-167 (с внутренним А1 покрытием) или экранами других (еще 15-ти имевшихся в нашем распоряжении) ФЭУ-167, включая три даемон-чувствительных ФЭУ-167-1 с дисками из калий-содержащего стекла С-52-1. Оптический контакт экранов ФЭУ обеспечивался слоем глицерина. Наблюдения велись круглосуточно, но для сопоставления использовались только ночные экспериментальные л тл данные (с 2— до 3— часов), когда фоновые электромагнитные наводки минимальны.

Как и следовало ожидать, если стекло экрана действительно сцинтиллирует, количество событий, обусловленных КЛ, возрастало по мере перехода от черной бумаги к алюминизированному лавсану и, далее, к зеркальному экрану ТЭУ-167. В последнем случае число событий более чем удваивается (по сравнению со случаем черной бумаги) вследствие дополнительных сцинтилляций в толще экрана ТЭУ-167 и отражения света от экранов обоих приборов внутренним А1 покрытием ТЭУ. Таким образом, эффект сцинтилляционной активности стекол экранов ФЭУ-167 находит дополнительное подтверждение.

Во второй серии экспериментов с 15 другими ФЭУ-167, экраны которых прислонялись к экрану ФЭУ №00015, не выявили статистически значимых различий в сцинтилляционной активности стекла их дисков (около 600-900 событий/час), что относится и к трем даемон-чувствительным ФЭУ

167-1. Правда, два ничем не примечательных ФЭУ-167 (один из них с нарушенным вакуумом) показали несколько увеличенный уровень сцинтилляционной реакции их экранов >1000-1200 событий/час.

Чтобы получить дополнительную информацию о физике явления, и опять-таки сопоставить свойства экранов разных ФЭУ-167, в качестве источника эталонного излучения был использован 60Со (0.3 МэВ Р-электроны и 1.17 + 1.33 МэВ у-излучения).

Сопоставление энергетических сцинтилляционных спектров от стекла со спектрами от полистиролового (2% терфенил + 0.06% РОРОР) сцинтиллятора 015 мм и толщиной 4.5 мм, полученными как от фонового (главным образом KJI) облучений, так и от (3 и у источника 60Со, показывают, что эффективность стекол типа С-52-1 и С-49-1, как сцинтилляторов, в ~ 10 ниже, чем пластмассового (рис. 5.4).

Известно, что для регистрации у-излучения наиболее пригодны неорганические сцинтилляторы с большой объемной концентрацией электронов, т.е. с большим атомным весом (типа Nal и т.п.). В этом плане органические сцинтилляторы (как и стекла) проигрывают. Чтобы использовать их, для преобразования у-излучений во вторичное электронное излучение часто применяют добавки (или прослойки) свинца [10, 26]. С этой целью мы поместили свинцовый блок толщиной 27 мм между 60Со источником и экраном ФЭУ-167.

Применение этой сборки в разных комбинациях с непрозрачной черной бумагой и с экранами других испытуемых ФЭУ показало, что и при облучении вторичными электронами экраны ФЭУ-167 из боросиликатного и калий-содержащего стекол не показывают заметного различия в сцинтилляционных свойствах.

Изучение сцинтилляционных свойств экранов ФЭУ привело к некоторым практическим выводам:

1)Поскольку известны довольно эффективные сцинтилляторы из стекол, допированных, скажем, церием, было предложено изготавливать лицевые экраны ФЭУ (и, более общо, иных фотоэлектронных приборов) из сцинтилляционно-активного материала (Заявка на Патент РФ №2009145046/28 "Устройство для регистрации ядерных и фотонных излучений" / Дробышевский Э.М. и Дробышевский М.Э.). Это исключает необходимость использования в детекторах дополнительных специальных сцинтилляционных блоков, что в ряде случаев может заметно упростить их конструкцию, повысить эффективность и надежность прибора, уменьшить его вес и т.п.

2) Из наших экспериментов следует, далее, что существенную роль в сцинтилляционном отклике подобных (и вообще) ФЭУ на (фоновые) излучения может играть тип светоизоляции его окна — поглощающая свет черная или же отражающая зеркальная поверхность.

3) Наконец, если вся внутренняя поверхность прикатодной секции колбы ФЭУ (теперь это «темный» электронный умножитель — ТЭУ) покрыта металлическим слоем, то это исключает попадание квантов сцинтилляционного излучения из стекла в фоточувствительный (щелочной) слой прибора. В таком случае КЛ не возбуждают в нем сигнал и поэтому низкофоновые (подземные) эксперименты могут стать в некоторых случаях излишними.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертации. Приложение 1 посвящено краткому обзору проблемы поиска объектов ТМ. Их обнаружение и выяснение природы является одной из самых актуальных и фундаментальных задач современной науки. Подробно рассмотрены физические процессы взаимодействия ЯАЧ с веществом. Созданный на основе этой гипотезы детектор за 9 лет наблюдений с достоверностью С.Ь. ~ 5сг зарегистрировал в КИ поток низкоскоростных (V ~ 10-15 км/с) ЯАЧ.

В Приложении 2 приводятся результаты наших небесно-механических расчетов захвата Солнцем ЯАЧ (даемонов) — членов диска Галактики. Эти расчеты делают понятным, почему в наших экспериментах наблюдаются потоки объектов со скоростью главным образом ~ 10-15 км/с и с периодом 0.5 года - это, в основном, NEACHO объекты, а в экспериментах DAMA (Италия) - потоки с периодом 1 год и V ~ 30-50 км/с - это, в основном, SEECHO (strongly elongated Earth-crossing heliocentric orbit) объекты. Сопряжение наших и DAMA результатов позволило оценить газодинамическое сечение взаимодействия даемона с Солнечным веществом

Т Q 10" см . Отсюда, в частности, следует, что DAMA эксперимент детектирует, по-видимому, не ВИМПы (Weakly Interacting Massive Particles -WIMPs) (для них сечение взаимодействия с нуклоном ~ 10"42—10"43 см2).

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Создание стенда для исследования реакции ФЭУ-167 и ФЭУ-167-1 на KJI и у-(3-излучения 60Со источника. Подтверждено, что основной причиной сигналов является генерация сцинтилляций в стеклах ФЭУ. Выявлено, что содержание в них калия не влияет на эффект. Дан ряд рекомендаций по уменьшению фоновых сигналов ФЭУ. Предложено создавать фотоэлектрические приборы с входными окнами из сцинтилляционно-активных материалов (Заявка на патент РФ №2009145046/28 «Устройство для регистрации ядерных и фотонных излучений»).

2. Создание прибора, предназначенного для регистрации отрицательно заряженных ядерно-активных частиц, вызывающих эмиссию многих электронов в результате захвата частицами А1 ядер в его внутреннем покрытии (с выделением энергии до ~ 60 МэВ на акт). На базе ФЭУ-167 разработан (Заявка на патент РФ №2008145004/28 «Вакуумный электронный умножитель для регистрации частиц»), изготовлен в виде малой серии на заводе ЗАО «Экран — оптические системы» (г. Новосибирск) и испытан Темный вторичный Электронный Умножитель (ТЭУ-167) со сплошным толстым (-0.5 мкм) алюминиевым покрытием внутренней поверхности прикатодной секции стеклянной колбы, включая лицевой экран.

3. Создание прибора для регистрации, преимущественно, ЯАЧ, движущиеся через вакуум его колбы в определенном направлении - от цоколя к экрану. Разработан (Заявка на патент РФ №2009148557/28 «Вакуумный электронный умножитель для регистрации направленного движения ядерно-активных частиц»), изготовлен в виде малой серии на заводе ЗАО «Экран - оптические системы» и испытан новый тип Темного вторичного Электронного Умножителя ТЭУ-167д с толстым (~ 0.5 мкм) алюминиевым покрытием внутренней поверхности только лицевого экрана.

4. Создание многомодульного (до восьми модулей) компьютер-управляемого детекторного стенда для регистрации частиц КИ, в частности, для поиска гипотетических медленных (-10-30 км/с) ЯАЧ. Различные модификации модулей, использующие детектирующие элементы (сцинтиллятор 2п8(А§), ФЭУ и ТЭУ), чувствительные к ЯАЧ, успешно испытаны как на высокой широте 60°Ы в ФТИ РАН в Санкт-Петербурге, так и в подземном низкофоновом эксперименте на низкой широте 40°Ы в Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе рассмотрен ряд физических и технических аспектов функционирования вторичных электронных умножителей, включая ФЭУ.

В результате по своей направленности содержательная часть работы может быть разделена на две взаимосвязанные части.

Так, подробно исследованы причины реакции ФЭУ-167 на космические лучи (КЛ). Эта реакция была выявлена в результате работ по созданию и модификации электронных умножителей, чувствующих пролет отрицательно заряженных ядерно-активных частиц (ЯАЧ) - даемонов. Мы подтвердили, что ФЭУ могут реагировать на КЛ благодаря сцинтилляционным свойствам стекла своего лицевого экрана. Для понимания, почему некоторые экземпляры ФЭУ-167-1, экраны которых изготовлены из калий-содержащего стекла С-52-1, реагируют на пролет даемонов, мы провели специальные исследования, которые показали, что присутствие калия не меняет заметно сцинтилляционного отклика стекла на частицы КЛ. Сделан также вывод, что взаимодействие частиц КЛ с динодами, внутренним А1 и/или фоточувствительным покрытием не ведет к возбуждению сигналов. Итогом исследований в этом направлении стал ряд рекомендаций, в том числе чисто практических советов, - когда желательно закрывать экран, скажем, черной бумагой, а когда - отражающим свет (зеркальным) материалом. Подана заявка на изобретение фотоэлектронных приборов с лицевыми экранами из сцинтиллирующего стекла (материала). Такие приборы в некоторых случаях сделают ненужным применение дополнительных сцинтилляционных блоков. Отмечено, что эксперименты с применением некоторых типов электронных умножителей, чувствующих определенные компоненты космического излучения, не обязательно проводить в низкофоновых (подземных) условиях.

Другая часть работы содержит результаты исследований новых свойств и типов вторичных электронных умножителей (ВЭУ). Эти исследования были стимулированы обнаружением реакции некоторых экземпляров ФЭУ

167-1 на проходящие через них с довольно низкими (астрономическими) скоростями (-10 км/с) ядерно-активные объекты, что было подтверждено подземными экспериментами в БНО (Глава 2). Можно предположить несколько причин такой реакции. Но поскольку было выявлено, что эти экземпляры ФЭУ-167-1 обладают довольно значительной (-0.5 мкм) толщиной внутреннего А1 покрытия прикатодной части колбы (стандартно это — 0.1 мкм), то разумно было допустить, что отрицательно заряженные электрически ядерно-активные объекты, идущие в ФЭУ со стороны вакуума и поэтому сохраняющие этот заряд, захватывают в достаточно толстом (~ 1 мкм) металлическом слое ядро А1 с его возбуждением и результирующей эмиссией электронов. Электроны стандартно умножаются в ФЭУ, создавая на его выходе электрический импульс. Поэтому основные усилия в данной работе были сконцентрированы на разработке этой рабочей гипотезы.

Для ее экспериментальной проверки на базе технологии ФЭУ-167 по нашему заказу были изготовлены малой серией «темные» электронные умножители ТЭУ-167. В них вся внутренняя поверхность прикатодной секции колбы, включая также экран, была покрыта толстым (-0.5 мкм) слоем алюминия.

Испытания этих приборов во время мартовского 2009 г. максимума потока даемонов показали, что ТЭУ-167 с определенной достоверностью (СХ.~ 1.8(7 - 93% в данном эксперименте), по-видимому, регистрируют проход даемонов через них.

Однако испытанные ТЭУ-167 реагируют на частицы независимо от направления их движения.

Для более отчетливого выявления эффекта были изготовлены и испытаны ТЭУ-167д. В этих приборах толстый (-0.5 мкм) слой А1 покрытия был нанесен только на внутреннюю поверхность лицевого диска. Остальная часть поверхности прикатодной секции колбы была покрыта тонким (-0.05 мкм) слоем А1. Такие ТЭУ-167д чувствуют низкоскоростные (Г— 10-^-15 км/с) ЯАЧ, движущиеся, преимущественно, по направлению от цоколя к их экрану, что и было подтверждено экспериментами с двумя ТЭУ-167д с достоверностью 3.1сг(С.Ь. = 99.8%) в не самых благоприятных для высоких широт северного полушария условиях сентябрьского, 2009 г., максимума потока даемонов.

Таким образом, нам удалось разработать и испытать прибор, чувствующий направление медленного движения ядерно-активных частиц, что указывает пути для новых применений ВЭУ и дальнейшего совершенствования измерительной аппаратуры.

1. Ануфриев Г.С. и др. Магнитный резонансный масс-спектрометр с системой управления и обработки информации МИ9303 // Научное приборостроение. Сборник научных трудов. — JL, Наука, 1987. — С. 101106.

2. Дробышевский М.Э. Особенности реакции фотоэлектронных умножителей на фоновое космическое излучение // ЖТФ. — 2010. — 80. — №4. — С. 145-148.

3. Дробышевский Э.М. О взаимодействии черных минидыр с веществом // Препринт ФТИ-1663. С.-Петербург, 1996. - С. 1-10.

4. Краткий справочник инженера-физика. Ядерная физика. Атомная физика. / Федоров Н.Д. (составитель). М., Госатомиздат, 1961. — 508 с.

5. Лифшиц Т.М. Применение электронных умножителей для счета элементарных частиц и квантов // УФН. 1953. - 50(3) . — С. 365-432.

6. Лорентц Г.А. Теория электронов и её применение к явлениям света и теплового излучения. М.: ГТТИ, 1953.

7. Марков М.А. Элементарные частицы максимально больших масс (кварки, максимоны) // ЖЭТФ. 1966. - 51(3). - С. 878-890.

8. Марков М.А., Фролов В.П. Максимоны и гипотеза максимонных роёв // Письма в ЖЭТФ. 1974. - 29(6). - С. 372-374.

9. Марков М.А., Фролов В.П. Метрика закрытого мира Фридмана, возмущённая электрическим зарядом (к теории электромагнитных "ФРИДМОНОВ") // ТМФ. 1970. - 3(1). - С. 3-17.

10. Медведев М.Н. Сцинтилляционные детекторы. М., Атомиздат, 1977. -136 с.

11. Мурзин B.C. Введение в физику космических лучей, 3-е изд. — М., Изд-во МГУ, 1988. 320 с.

12. Новиков И.Д., Старобинский А.А. Квантовоэлектродинамические эффекты внутри заряженной черной дыры и проблема горизонтов Коши // ЖЭТФ. -1980. 78(1) . - С. 3-19.

13. Новиков И.Д., Фролов В.Г. Физика чёрных дыр. М.: Наука, 1986.

14. Перцов JI.A. Естественная радиоактивность биосферы. Атомиздат, М., 1964.

15. Полнарёв А.Г., Хлопов М.Ю. Космология, первичные чёрные дыры и сверхмассивные частицы // УФН. 1985. - 145(3). - С. 369-401.

16. Прайс В. Регистрация ядерного излучения. М., ИИЛ, 1960. — 464 с.

17. Рубаков В.А. Сверхтяжелые магнитные монополи и распад протона // Письма в ЖТФ. 1981. - 33. - С. 658-660.

18. Сидоренко В.В., Кузнецов Ю.А., Оводенко А.А. Детекторы ионизирующих излучений. Справочник. Л., Судостроение, 1984. -240 с.

19. Станюкович К.П., Об одном возможном виде устойчивых частиц в Метагалактике // ДАН. 1966. - 168(4) . - С. 781-784.

20. Сысоев А.А. Физика и техника масс-спектрометричесих приборов и электромагнитных установок. — М., Энергоатомизжат, 1983. — 256 с.

21. Alexeyev S., Barrau A., Boudoul G., Khovanskaya О., Sazhin M. Blackhole relics in string gravity: last stages of Hawking evaporation // Class. Quantum Grav. 2002. - 19. - P. 4431-4443.

22. Backer E.M., Tolbert B.M. "Cosmic-ray" effect in photomultiplier tubes // Rev. Sci. Instr. 1954. - 25. - P. 1218-1219.

23. Bahcall J.H., Flynn C., Gould A. Local dark matter from a carefully selected sample // Astrophys. J. 1992. - 389. - P. 234-250.

24. Barrow J. D., Copeland E. J., Liddle A. R. The cosmology of black hole relics // Phys. Rev. D. 1992. - 46. - P. 645-657.

25. Bernabei R., Belli P., Cappella F., Cerulli R., Montecchia F., Nozzoli F., Incicchitti A., Prosperi D., Dai C.J., Kuang H.H., Ma J.M., Ye Z.P. Dark

26. Matter Search // Riv. Nuovo Cimento. 2003. - 20(1). - P. 1-73; astro-ph/03 07403.

27. Birks J.B. The Theory and Practice of Scintillation Counting. Pergamon Press, 1964.-P. 662.

28. Birks J.B., King J.W. The luminescence of air, glass and quartz under a-particle irradiation // Proc. Phys. Soc. 1953. - B66. - P. 81-84.

29. Chan K.C.K., Home J.H, Mann R.B. Charged dilaton black holes with unusual asymptotics // Nucl. Phys. 1995. - B447(2-3), P. 441-461.

30. Drobyshevski E. M. Detecting the dark electric matter objects (daemons) // A&ATrans.-2002. -21(1-3). -P. 65-73.

31. Drobyshevski E. M. Time of explosive decay of daemon-containing nucleus // Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 2000. - 311. - L1-L3.

32. Drobyshevski E.M. Channeling effect and improvement of the efficiency of charged particle registration with crystal scintillators // Mod. Phys. Lett. A. 2008. - 23. - №36. - P. 3077-3085; arXiv:0706.3095v2 (2007).

33. Drobyshevski E.M. If the dark matter objects are electrically multiply charged: New opportunities // Dark Matter in Astro- and Particle Physics / eds. H.Y.Klapdor- Kleingrothans and Y.Ramachers. World Scientific, 1997.-P. 417-424.

34. Drobyshevski E.M. In searches for daemons // Phys. Atomic Nuclei. — 2000.-63.-P. 1037-1041.

35. Drobyshevski E.M. Observation of the March maximum in the daemon flux from near-Earth orbits in the year 2005: New efforts and new effects // Astron. Astrophys. Trans. 2006. - 25. - P. 43-55; arXiv:astro-ph/0605314.

36. Drobyshevski E.M. Solar neutrinos and dark matter: cosmions, CHAMPs or. DAEMONS? // Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 1996. - 282. - P. 211217.

37. Drobyshevski E.M., Beloborodyy M.V., Kurakin R.O., Latypov V.G., Pelepelin K.A. Detection of several daemon populations in Earth-crossingorbits // Astron. Astrophys. Trans. 2003. - 22. - P. 19-32; astro-ph/0108231.

38. Drobyshevski E.M., Drobyshevski M.E. Daemons and DAMA: Their celestial mechanics interrelations // Astron. Astrophys. Trans. — 2007. 26. - P. 289-299; arXiv:0704.0982.

39. Drobyshevski E.M., Drobyshevski M.E. Study of the spring and autumn daemon-flux maxima at the Baksan Neutrino Observatory // Astron. Astrophys. Trans. 2006. - 25(1). - P. 57-73; astro-ph/0607046.

40. Drobyshevski E.M., Drobyshevski M.E. Towards special daemon-sensitive electron multiplier: Positive outcome of March 2009 experiment // Mod. Phys. Lett. A. 2010. - 25. - №7. - P. 489-499.

41. Drobyshevski E.M., Drobyshevski M.E., Izmodenova T.Yu. and Telnov D.S. Two years of detecting dark matter objects the Solar system members // Astron. Astrophys. Trans. - 2003. - 22. - P. 263-271; astro-ph/0305597.

42. Eddington A.S. The Internal Constitution of the Stars // Camb. Univ. Press, Cambridge, 1926.

43. Evans N.W., Belokurov V. RIP: The MACHO era (1974-2004) // The Identification of Dark Matter / eds. N.J.Spooner and V.Kudryavtsev. -World Scientific, 2005. P. 141-150; astro-ph/0411222.

44. Gnedin Yu.N. Axion astronomy: searching for dark matter particles // Astron. Astrophys. Trans. 2000. - 19. - P. 345-366.

45. Gnedin Yu.N., Dodonov S.N., Vlasyuk V.V. et al. Astronomical searches for axions: observations at the SAO 6-m telescope // Mon. Not. Roy. Astron. Soc.- 1999.-306.-P. 117-121.

46. Hawking S.W. Gravitationally collapsed objects of very low mass // Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 1971. - 152(1). - P. 75-78.

47. Hayes F.H., Hiebert R.D., Schuch R.L. Low energy counting with a new liquid scintillator solute // Science. 1952. - 116. - P. 140.

48. Hoffmann D.L., Prytulak J., Richards D.A., Elliott T., Coath C.D., Smart P.L., Scholz D. Procedures for accurate U and Th isotope measurements byhigh precision MC-ICPMS // International Journal of Mass Spectrometry. -2007. 264. - N2-3. - P. 97-109.

49. Ivanov P., Naselsky P., Novikov I. Inflation and primordial black holes as dark matter//Phys. Rev. D- 1994.-50(12).-P. 7173-7178.

50. MacGibbon J.N., Carr B.J. Cosmic rays from primordial black holes // Astrophys. J. 1991. - 371. - P. 447-469.

51. Prodanov E.M. Daemon decay and inflation // Physics Lett. B. — 2009. -681. P. 214-219; arXiv:0910.1769v 1.

52. Review of Particle Physics / Particle Data Group // Journal of Physics G, Nuclear & Particle Physics. 2006. - 33. - P. 271.

53. Rubin V., Thonnard N., Ford W.K., Rotational properties of 21 Sc galaxies with a large range of luminosities and radii from NGC 4605 (R=4kpc) to UGC 2885 (R=122kpc) // Astrophysical J 1980. - 238. - P. 471.

54. Serebrov A.P., Zherebtsov O.M. Trap with ultracold neutrons as a detector of dark matter particles with long-range forces // e-print arXivil 004.298 lv2, 2010.

55. Taylor J. R. An Introduction to Error Analysis. Univ. Science Books, Mill Valley, CA, 1982.

56. Ternov J.M., Gaina A.B., Chizhov G.A. Spectral properties of charged black holes // Sov. J. Nucl. Phys. 1986. - 44(2). - P. 343-347.

57. Turner M. A cosmologist's tour through the new particle zoo (candy shop?) // Dark Matter in the Universe (IAU Symp. Nol 17) / eds. J.Kormendy and G.R.Knapp. Dordrect: Reidel, 1987. - P. 445-488.

58. Zwicky F. Die Rotverschiebung von extragalaktischen Nebeln // Helvetica Physica Acta 6. 1933. - P. 110-127.