Мобильный мюонный телескоп для регистрации космического излучения

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

МОБИЛЬНЫЙ МЮОННЫЙ ТЕЛЕСКОП ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Рахматуллаев А.М.1, Ережеп Н.О.2, Каликулов О.А.3

'Рахматуллаев Абубакир Мухамедиярович — бакалавр;

2Ережеп Нуржан Оразбекулы — бакалавр; 3Каликулов Оразалы Абилхасимович — доктор PhD, старший преподаватель, кафедра ядерной и теоретической физики, физико-технический факультет, Казахский национальный университет им. Аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан

Аннотация: была проведена работа по разработке и созданию конструкций мобильного мюонного телескопа с 3-кратным совпадением с рабочей площадью 4 м2 для изучения вариаций интенсивности космических лучей. Мобильный мюонный телескоп позволит регистрировать данные вариаций интенсивности космических лучей в разных точках. Вариации КЛ содержат ценную информацию о различных физических процессах, происходящих в межпланетной среде, магнитосфере и атмосфере Земли.

Ключевые слова: сцинтилляционный счетчик, КЛ, мюонный телескоп.

Введение

Телескопом в общем случае называется система из двух или большего числа детекторов излучений, расположенных друг относительно друга определенным образом и включенных на входы схемы совпадений. Такая система позволяет регистрировать частицы, летящие в определенном направлении. Телескопы широко применяются для регистрации космических лучей, особенно их жесткой компоненты ц-мезонной компоненты. Для этого детекторы, обладающие большой эффективностью регистрации релятивистских ц-мезонов, располагаются один над другим вертикально или под углом а. Между ними помещается слой свинца толщиной порядка 10 см для поглощения мягкой компоненты. Такая система будет регистрировать ц-мезоны, летящие внутри телесного угла Q. Мы разработали трехслойный мюонный телескоп для наблюдения мюонов космических лучей.

Потребность в создании суперприборов привела к введению в телескопы типа детектора -сцинтилляционного счетчика. Сцинтилляционные счетчики используются для регистрации всех видов излучений, в том числе и космических лучей. Они обладают многими преимуществами перед другими детекторами. Из всех типов сцинтилляторов для регистрации космических лучей наиболее удобны твердые растворы органических сцинтилляторов -пластические сцинтилляторы. Блоки из пластического сцинтиллятора можно изготовить любых размеров и форм. С увеличением площади регистрации естественно растет интенсивность падающих на детектор частиц.

В ходе этих работ было разработан и сконструирован мюонный телескоп. Мобильный мюонный телескоп представляет собой передвижную систему, позволяющую регистрировать данные в различных точках координат. Телескоп представляет собой конструкцию из трех уровней счетчиков расположенных вертикально друг от друга. Между первым и вторым счетчиком расположен слой свинца, поглощающий мягкую компоненту КЛ. Расстояние между счетчиками равно 55 см.

Рис. 1. Конструкция сцинттляционного счетчика: 1 - сцинттляционная пластина, 2 —

спектросмещающее волокно, 3 — основание, 4 - крышка, 5 — кожух (нижняя часть), 6 - кожух (верхняя часть), 7 — переходник для крепления электроннооптического модуля

В мобильном мюонном телескопе используются сцинтилляционные счетчики СЦ-301, разработанные в ГНЦ ИФвЭ (г. Протвино) [2, с. 2].

Неотъемлемой частью сцинтилляционного счетчика является фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Это электровакуумный прибор, использующий два физических явления -фотоэффект и вторичную электронную эмиссию. ФЭУ дает импульсы тока пропорциональные числу квантов света, попадающих на его фотокатод.

Счетчик представляет собой сцинтилляционный детектор с оптоволоконным съемом информации, с чувствительным объемом детектором 1x1x0.03 м3 и весом около 20 кг. Измерения показали, что использование ФЭУ-115М с квантовой эффективностью около 8=12% на длине волны Х=500 А обеспечивает получение сигналов с числом фотоэлектронов около 60 (в области центра тяжести спектра) и может обеспечить эффективность их регистрации свыше 99% [1, с. 1].

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФЭУ- 115М

рабочий диаметр фотокатода - 25 мм

площадь фотокатода - 4,7см2

длительность сигнала ФЭУ на уровне 0,1 амплитуды - 18 нс

длительность нарастания импульса на аноде - 9 нс

отклонения сигнала от линейности при амплитуде 0,5 В - 1,5%

чувствительность фотокатода при длине волны света 500 нм - 60 мА/Вт неравномерность чувствительности фотокатода - 8%

коэффициент усиления - 3,5 . 105

рабочее напряжение - 1700-1900 В

габаритные размеры:

диаметр стеклянной колбы - 31 мм

длина ФЭУ - 105 мм

В ходе подключения мюонного телескопа были получены следующие параметры и данные: Время длительности сигнала составило 100-120 нс. Высота пика колеблется в зависимости от энергий приходящего на ФЭУ мюонного импульса от 200 мВ до 1700 мВ. Порядок энергии приходящего мюона не вычитывался.

Сигналы с ФЭУ анализировались при помощи 4-канального цифрового осциллографа CAEN VME V1729 (12 бит, полоса пропускания 300 МГц, частота дискретизации 2 ГГц). Для каждого канала ФЭУ при UHV = 850 В измерялось распределение выходных сигналов при одноэлектронной подсветке (эффективность регистрации ~ 10% при пороге 1/3 ф.эл.). Результаты измерений показали ярко выраженный мюонный пик. Заключение

Выполненные работы показывают возможность использования мюонного телескопа для регистрации КЛ в различных точках как мобильной системы. Были получены четкие картины мюонного пика.

Следующей стадией является модернизация мюонного телескопа (возможность непрерывной регистрации КЛ под любым углом), расчет диаграмм направленности и коэффицентов связи мюонного телескопа. Регистрация и обработка полученных данных.

Список литературы

1. Cr.izmiran.ru. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: // cr.izmiran.ru/pdf/ statюns/Detaüs/ЯкутскийСцинтилляционныйТелескоп.pdf/ (дата обращения: 18.06.2018).

2. Ампилогов Н.В., Амельчаков М.Б., Бритвич Г.И., Бруданин В.Б., Немченок И.Б., Петрухин А.А., Саламатин А.В., Солдатов А.П., Черниченко С.К., Шеин И.В., Яшин И.И. Сцинтилляционный детектор с оптоволоконным съёмом информации, 30-я ВККЛ. Санкт-Петербург, 2008.

3. Мурзин В.С. Физика космических лучей. М.: МГУ, 1970. 285.