ИРН: AP09258896 Исследование проникающей компоненты космических лучей по данным гибридного ионизационно-нейтронного калориметра «Адрон-55» с инфраструктурой сцинтилляционных детекторов

ИРН: AP09258896

Конкурс: ГФ по ННТП на 2021-23 гг. со сроком реализации 36 месяцев (МОН РК)

Тема: «Исследование проникающей компоненты космических лучей по данным гибридного ионизационно-нейтронного калориметра «Адрон-55» с инфраструктурой сцинтилляционных детекторов».

Актуальность и новизна:

Поскольку проблема состава первичных космических лучей при сверхвысоких энергиях далека от своего решения, поэтому, задачи для комплексных установок ШАЛ, по-прежнему актуальны. Однако теперь они могут быть решены более эффективно, опираясь не только на более высокий современный уровень понимания проблемы, но и на прогресс в области экспериментальных и компьютерных технологий, позволяющий применить новые методы обработки и анализа экспериментальных данных.

Одним из актуальных решений данного направления является - анализ энергетической зависимости от первичной энергии E0 продольного развития стволов ШАЛ в калориметре с целью выяснения природы проникающей компоненты космических лучей, их связи с составом ПКИ и изломом в энергетическом спектре ШАЛ.

Цель данного этапа: Разработать и создать систему сцинтилляционных периферийных детекторов вокруг калориметра для определения первичной энергии ливня E0 и углов наклона прихода ШАЛ.

Научный руководитель проекта − Садыков Турлан Хамзинович – заведующий лабораторией ФКЛ ФТИ, д-р физ.-мат. наук, Scopus ID − 6701423748, WoS − D-5899-2019, ORCID ID − 0000-0002-4349-4616, Google Scholar − https://scholar.google.ru/citations?hl=ru&user=cbQPuTMAAAAJ, ID in Publons − D-5899-2019

Исполнители:

  1. Аргынова А.Х.− СНС ФТИ, Scopus ID: − 6505463241, WoS − AAD-3736-2020, ORCID ID − 0000-0002-3800-1485, ID in Publons − AAD-3736-2020, https://scholar.google.com/citations?hl=ru&user=Wb8J__8AAAAJ

  2. Новолодская О.А. – СНС ФТИ, канд. физ.-мат. наук, Scopus ID - 6504679234, WoS − O-9305-2017, ORCID ID − 0000-0002-1978-2781, ID in Publons − O-9305-2017, https://scholar.google.ru/citations?user=b1KfbgIAAAAJ&hl=ru

  3. Н.М Салихов – канд. физ.-мат. наук, Scopus ID − 6602291209, WoS − D-3717-2019, ORCID ID − 0000-0002-6150-0207, ID in Publons − D-3717-2019

  4. М. Насурлла − PhD, Scopus ID − 57195693397, WoS − D-3485-2015, ORCID ID − 0000-0003-0157-0083, ID in Publons − D-3485-2015

  5. Пискаль В.В. − ORCID ID 0000-0003-1882-7658

  6. Садыков Ж.Т. – молодой ученый, ORCID ID 0000-0001-7527-8945

Краткий отчет и достигнутые результаты

Изготовлены восемь СЦ-детекторов из светонепроницаемого корпуса, с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ) и СЦ-пластиком, из них четыре детектора размером 1×1×0.10м3 и четыре детектора размером 0.5×0.5×0.05м3.

Основу детектора первой конструкции образует сцинтилляционная панель размером 1×1×0.10 м3, состоящая из двух плотно сложенных друг с другом слоев полистирола внутри которой уложены волокна-световоды, служащие для сбора излучения сцинтилляций и передачи его на фотокатод встроенного ФЭУ. Равномерное расположение световодов по всей площади сцинтиллятора обеспечивает хорошую однородность светосбора и независимость амплитуды регистрируемого на выходе ФЭУ электрического импульса от места прохождения частицы. Данная конструкция обладает одним преимуществом: из-за незначительной толщины органического сцинтиллятора этот детектор оказывается существенно менее чувствительным к гамма-квантам, что упрощает анализ данных при регистрации потоков частиц ШАЛ. Благодаря большой чувствительной площади и наличию стандартного выходного импульса малой длительности (менее микросекунды), детекторы такого типа особенно хорошо подходят для определения направлений прихода ШАЛ по взаимным временным задержкам сигналов, поступающих от системы пространственно-распределенных детекторов

Вторая конструкция СЦ-детектора с пластиком 0.5×0.5×0.05м3 – это пирамидальный корпус, внутренние стенки которого, покрытые изнутри матовой светоотражающей краской, образуют отражатель, обеспечивающий сбор рассеянного света сцинтилляций на фотокатоде фотоэлектронного умножителя ФЭУ110. Чувствительным элементом к потоку ливневых частиц таких детекторов является радиатор - изготовленный из твердого раствора p-терфинила. Расположенная внутри детектора электронная схема, обеспечивает генерацию электрических импульсов с амплитудой, пропорциональной количеству попавших на катод сцинтилляционных фотонов, то есть амплитуде сцинтилляций, усиление этих импульсов и их передачу по экранированному кабелю от пункта расположения детектора в единый центр сбора данных. Проведена сборка и настройка СЦ-детекторовов на стенде.

Проведен монтаж СЦ-детекторов на расстоянии 25м, 40м и дополнительно 100м вокруг калориметра, вдоль концентрических окружностей по 4 СЦД в каждом круге. К детекторам протянуты кабели питания и сигнальные кабели для подключения к системе регистрации. Измерены координаты положения СЦ-детекторов с помощью спутниковой GPS-навигации. Выполнены пуско-наладочные работы.

Разработана, изготовлена и установлена в схему общего триггера запуска система антисовпадений для исключения ложных срабатываний от грозовых и промышленных помех.

Созданы программные модули для подключения СЦ-детекторов в общую программу регистрации комплексной установки «Адрон-55». Написана программа анализа формы импульса СЦ-детекторов, для определения задержек по передним фронтам импульсов.

Расположенная сеть из СЦ-детекторов вокруг калориметра охватывающая площадь 31000 м2, исследует электронно-фотонную компоненту и с хорошей точностью определяет траекторию прихода КЛ из космического пространства.

По нашим оценкам при существующих размерах внешней ливневой системы комплексной установки «Адрон-55», можно ожидать в интервале энергий 1015-1017 эВ 31000-100000 событий в год. Таким образом, возникает возможность накопления достаточного статистического материала по изучению проблемы “излома” энергетического спектра ПКИ в области Е= 31015 эВ.

Список публикаций за 2021 год

  1. Пат. 6061 Республика Казахстан, Способ регистрации космического гамма-излучения на ионизационном калориметре. // Пискаль В.В., Идрисова Т.К., Садыков Т.Х.; заявитель и патентообладатель ТОО «Физико-технический институт». – № 2020/1096.2. – Номер бюллетеня: №18, 06.05.2021.

  2. Садыков Т.Х., Аргынова А.Х., Жуков В.В., Новолодская О.А., Пискаль В.В. Модернизация периферийных детекторов Тянь-шанского ионизационно-нейтронного калориметра «АДРОН-55». // Известия НАН РК. Серия физико-математических наук. 2021. - Т. 4. - № 338. – С. 65. https://doi.org/10.32014/2021.2518-1726.67 .