Реферат: Экспериментальные методы изучения космических лучей. Крупнейшие экспериментальные установки

Х_погл (7 - 12) (470),

где  - свободный ядерный пробег в веществе поглотителя. Ионизационный калориметр должен достаточно часто регистрировать частицы .высоких энергий. Для оцен­ки геометрической эффективности регистрации вводят такую характе­ристику калориметра, как светосила:

Г = (471).

Здесь S₁ и S₂ — площади верхнего и нижнего оснований калориметра, h — расстояние между ними. Следует стремиться к максимальной величине светосилы, но без ущерба для остальных характеристик калориметра. Оптимальным веществом для поглотителя калориметра являются же­лезо (Fe), латунь, медь (Сu), которые имеют значительную плотность и средний порядковый номер, что обеспечивает сравнительно не­большие размеры, высокую светосилу и хорошее пространственное разрешение калориметра при минимальном числе детекторов иониза­ции. Наилучшим детектором ионизации в калориметрах является ионизационная камера. Ее достоинства:

1. высокая линейность и большой динамический диапазон характеристики, связывающей ве­личину ионизации и потерю энергии частицей;

2. высокая стабиль­ность;

3. достаточное быстродействие;

4. произвольность формы и раз­мера;

5. высокое пространственное разрешение ( 5 см).

Электроды ионизационной камеры изготавливаются из вещества, близкого по плотности и порядковому номеру к этим показателям у вещества поглотителя, для уменьшения переходных эффектов в слоистых струк­турах.

В СССР имеется два крупных ионизационных калориметра. Пер­вый расположен на Тянь-Шаньской высокогорной станции (высота 3200 м над уровнем моря) Физического института АН СССР им. П. H. Лебедева. Площадь его основания равна 36 м², энергетический диапазон 10¹²—510¹³ эВ. Второй находится на высокогорной стан­ции Ереванского физического института АН АрмССР на г. Арагац (высота 3250 м над уровнем моря.). Его энергетический диапазон 10¹² —5 10¹³ эВ, а площадь основания равна 10 м².

На территории высокогорной станции на горе Арагац, в основном усилиями ФИ АН СССР им. П. H. Лебедева (Москва) и Ер ФИ АН АрмССР (Ереван), готовится эксперимент АНИ (адронные наземные исследования; Ани — средневековая столица Армении). Основным детектором крупнейшего экспериментального комплекса будет самый большой в мире ионизационный калориметр, который сооружается на высоте 3250 м над уровнем моря. Его площадь составит 1600 м² а диапазон измеряемых энергий ядерно-активных частиц 5 • 10¹²—10¹⁶ эВ при толщине железного поглотителя, равной восьми ядерным пробегам (_Fe = 130 г/см²). Толщина отдельных слоев железного поглотителя — 5 см. Скорость регистрации событий, соответствующих первичным космическим частицам с энергией Ео>3-10¹⁷ эВ, будет

равна 10. Создаваемый экспериментальный комплекс даст

важную информацию о ядерных взаимодействиях при энергиях, недоступных современным ускорителям.

3. Нейтринная астрофизика.

Астрофизический аспект физики ней­трино, по-видимому, зародился после предложения Б. Понтекорво в 1946 р. хлор-аргонной реакции для детектирования нейтрино (см. § 126). Еще один толчок дали предложения советского академика М. А. Маркова (1958 г.) и американского физика К. Грейзена (1960) о глубоководной и подземной регистрации атмосферных нейтрино, рождающихся в распадах - и K-мезонов. В настоящее время, как из­вестно, оба предложения реализованы в подземных нейтринных детек­торах. Вероятно, удельный вес нейтринных экспериментов в астрофи­зике будущего будет нарастать. Это связано с уникальной проникаю­щей способностью нейтрино, которые могут без существенных потерь выходить из недр различных по масштабу астрофизических объектов. Нейтрино может нести информацию о и первых секундах нашей Все­ленной . Подобно реликтовому излучению фотонов наша Все­ленная заполнена изотропным реликтовым потоком нейтрино (нейтринное море) с плотностью 300 см~³, со спектром, соответствующим излучению абсолютно черного тела при температуре Т  2 К, и энер­гией 10^-3 эВ. Однако совершенно неясно, каким способом это нейтринное море можно детектировать.

В 1978 г. в СССР введен в строй подземный сцинтилляционный телескоп Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных ис­следований АН СССР на Северном Кавказе. Основной его задачей яв­ляется поиск мощных локальных источников нейтрино в Галактике, в частности, взрывов Сверхновых, Во время вспышки Сверхновой в течение 10 —30 с излучается  10⁵⁸ штук нейтрино, часть из кото­рых проходит через нашу Землю.