Научная статья на тему 'Результаты двухлетнего экспонирования эмульсионной камеры высокогорного Эльбрусского спектрометра'

Результаты двухлетнего экспонирования эмульсионной камеры высокогорного Эльбрусского спектрометра Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
414
45
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРОТОНЫ / КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ / ЯДЕРНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ / ЯДЕРНАЯ ЭМУЛЬСИЯ / КАМЕРА / PROTONS / SPACE BEAMS / NUCLEAR RADIATIONS / A NUCLEAR EMULSION / THE CHAMBER

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Хоконов Азамат Хазреталиевич, Масаев Мартин Батырбиевич, Конов Мурат Залимханович

Представлен результат двухлетней экспозиции малой эмульсионной камеры на высоте 3850 м («Ледовая база», склон Эльбруса). На основе подсчета количества треков, образованных космическими лучами в эмульсии определено, что поток протонов на данном уровне составляет 3,410-5см-2·с-1.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Хоконов Азамат Хазреталиевич, Масаев Мартин Батырбиевич, Конов Мурат Залимханович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Results of two-year exposition of emulsion chamber of Elbrus high-mountainous spectrometer

The paper discusses the result of a two-year exposition of a small emulsion chamber at an elevation of 3850 m («Ice Base», a slope of Elbrus). On the basis of calculation of quantity of the tracks formed by space beams in an emulsion, the stream of protons at this level was determined to be 3,410-5сm-2·s-1.

Текст научной работы на тему «Результаты двухлетнего экспонирования эмульсионной камеры высокогорного Эльбрусского спектрометра»

ФИЗИКА

PHYSICS

УДК 524.354 ББК 22.632.5 X 70

Хоконов А.Х.

Доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики конденсированного состояния физического факультета, заведующий лабораторией астрофизики и физики нейтрино Кабардино-Балкарского государственного университета им. ХМ. Бербекова, тел. (8662) 77-51-11, e-mail: apcr@kbsu.ru

Масаев М.Б.

Ведущий инженер кафедры физики конденсированного состояния физического факультета Ка-бардино-Бткарского государственного университета им. ХМ. Бербекова, тел. (8662) 77-51-11 Конов М.З.

5 - -

тета им. ХМ. Бербекова, тел. (8662) 77-51-11

Результаты двухлетнего экспонирования эмульсионной камеры высокогорного Эльбрусского спектрометра

(Рецензирована)

Аннотация

Представлен результат двухлетней экспозиции малой эмульсионной камеры на высоте 3850 м («Ледовая база», склон Эльбруса). На основе подсчета количества треков, образованных космическими лучами в эмульсии определено, что поток протонов на данном уровне составляет 3,4Ш5см'2-с1. Ключевые слова: про тоны, космические лучи, ядерные излучения, ядерная эмульсия, камера.

Khokonov A.Kh.

Doctor of Physics and Mathematics, Professor of the Department of Physics of Condensed State at Physics Faculty, Head of Astrophysics and Physics of Neutrino Laboratory of Kabardin-Balkar State University named after Kh.M. Berbekov, ph. (8662) 77-51-1, e-mail: apcr@kbsu.ru Masaev M.B.

Leading engineer of Department of Physics of the Condensed Condition of Physical Faculty, Kabardin-Balkar State University named after Kh.M. Berbekov, ph. (8662) 77-51-11 Konov M.Z.

Fifth-year student of Physical Faculty, Kabardin-Balkar State University named after Kh.M. Berbekov, ph. (8662) 77-51-11

Results of two-year exposition of emulsion chamber of Elbrus high-mountainous spectrometer

Abstract

The paper discusses the result of a two-year exposition of a small emulsion chamber at an elevation of 3850 m («Ice Base», a slope of Elbrus). On the basis of calculation of quantity of the tracks formed by space beams in an emulsion, the stream of protons at this level was determined to be 3,410'5cm'2 s'1.

Key words: protons, space beams, nuclear radiations, a nuclear emulsion, the chamber.

Метод регистрации ядерных излучений с помощью специальных фотоэмульсий имеет широкое применение в исследовании космических лучей [1]. Так, в эксперименте «Памир» [2] используется рентгеновская эмульсия большой площади для регистрации

13 17

космических лучей в диапазоне энергий 10 -10 эВ. В 2007 году в лаборатории Астрофизики и физики космических лучей КБГУ была разработана и изготовлена малая ядерная эмульсионная камера весом 5 кг. Камера была установлена на высоте 3850 м над уровнем моря («Ледовая база»). В сентябре 2009 года пластинки с эмульсией были извлечены из камеры и проявлены. Результат обработки двухлетнего экспонирования представлен в настоящей работе.

С целью прямого измерения интегрального потока адронной компоненты космических лучей (КЛ) на склонах Эльбруса, была изготовлена эмульсионная камера малого объема, показанная на рисунке 1.

2

Рис. 1. Схема эмульсионной камеры: 1 - пластинки с ядерной эмульсией;

2 - листы свинца (локшгьные генераторы вторичных протонов)

Камера состоит из 4-х свинцовых листов толщиной 0,5 см площадью 12x18 см ,

переложенных тремя слоями стеклянных пластинок с ядерной эмульсией толщиной

10 мкм. Свинец выполняет роль локального генератора вторичных протонов.

Для определения потока протонов, падающих на эмульсионную камеру, анализировалось количество треков на единицу площади в самом нижнем слое фотопластинок, над которым находилось 1,5 см свинца. С помощью бинокулярного микроскопа АУ-26 было просмотрено 900 полей зрения. При увеличении в 440х раз площадь Д£ одного поля зрения составила 220x150 мкм . Характерная микрофотография представлена на рисунке 2.

Вероятность взаимодействия протона КЛ с ядрами мишени, ведущая к образованию адронного каскада связана с сечением а соотношением

N пл

н = —L = пах, (1)

N

где N - число провзаимодействовавших протонов, п - плотность ядер мишени, N -

полное количество протонов падающих на мишень площадью £ за время экспозиции Т.

N = ]£Т, (2)

где ] - плотность потока протонов КЛ, £ - поперечная площадь мишени.

п = ^л (3)

м

Длина ядерного взаимодействия протона с материалом мишени связана с а и п соотношением

л = — - (4)

па

2

Для свинца Х=9 см (80 г/см ), что соответствует сечению а =3,2 барна.

Рис 2. Фотография одного поля зрения микроскопа:

1, 2 - следы протонов, прошедших по нормали к плоскости пластинки;

3, 4 - треки протонов в плоскости пластинки

Из соотношения 1 следует, что число провзаимодействовавших протонов N1 равно

N1 = ]аМТ, (5)

где М - масса мишени, и - молярная масса.

Таким образом, плотность потока протонов КЛ равна

1=^.-^. (6)

ТМ N,0

Установим приближенно связь между полным количеством треков Nt на фотопластинке и числом протонов, провзаимодействовавших с материалом мишени N1. Результатом взаимодействия протона с ядром мишени будут вторичные протоны и нейтроны, а -частицы и более тяжелые фрагменты ядра, а также п -мезоны. Сквозь толщу свинца до фотопластинки дойдут протоны, нейтроны и п -мезоны. При этом нейтроны и Л -мезоны треков в эмульсии не оставят. Плотность почернения для протонов будет заметно выше, чем для Л -мезонов.

Это означает, что достаточно знать среднюю кратность т образования вторичных протонов. Для толщины свинцового генератора И средняя по энергии КЛ кратность т(И) определяется сверткой множественности т(Е, И) с энергетическим спектром КЛ / (Е) .

т(И) =

|т(Е, И) / (Е)йЕ |/ (Е )Л<

(7)

Плотность треков протонов на единицу площади фотопластинки можно оценить из соотношения

Nt N

р = —

8 8

(8)

где Nt - полное количество треков протонов на фотопластинке площадью 8, -

число треков приходящихся на просмотренную в микроскоп площадь 8. Обозначим через N/ - полное количество просмотренных полей зрения, а через Д8 - площадь одного поля зрения. Тогда, просмотренная площадь равна

8=N Д8.

(9)

Полное количество треков получается суммированием по всем просмотренным полям зрения.

N

N=В

(10)

1=1

где кг - количество треков найденных в /-м поле зрения.

Таким образом, полное количество треков приближенно равно

N = N 8. Б

Укг

К *г -

_8_

Д8

(11)

Количество первичных протонов, провзаимодействовавших со слоем свинца, связано с полным количеством треков на пластинке N.. приближенным соотношением

лг N N =^т = т

' I. N '

Vт Н/ )

8

Д8

Плотность потока протонов ], падающих на эмульсионную камеру, получается подстановкой соотношения (12) для количества ядерных взаимодействий N в формулу для потока (6). Проведем подстановку, полагая что средняя кратность т [3] для толщины свинца 1,5 см равна 2, масса М вещества над одной пластинкой площадью

2 4 2

8=54 см составляет 912 г, площадь одного поля зрения равна Д8 =3 10- см, количество просмотренных полей Ы/- =900, число зарегистрированных протонов =945. В

результате подстановки получаем, что поток протонов, падающих на камеру на высоте 3850 м, составляет 1 =3,4-10-5 см-2 с"1.

Применяемый метод позволяет определить интегральный поток протонов, при этом точность метода зависит от правильности оценки величины средней кратности протонов для заданной толщины свинца, находящегося над экспонируемой пластиной.

Примечания:

1. ., ., . -

дование элементарных частиц фотографическим методом. М.: Изд-во иностр. лит., 1962. 750 с.

2. . ., . ., -гадзе А.К. Особенности взаимодействия адронов космических лучей сверхвысоких энергий. М.: Изд-во МГУ, 2000. 256 с.

3. . . -

тические основы астрофизики космических лучей. М.: Наука, 1975. 402 с.

References:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Powell C., Fowler P., Perkins D. The research of elementary particles by means of photographic method. M.: Foreign Literature Publishing house, 1962. 750 p.

2. Rakobolskaya I.V., Kopenkin V.V, Mana-gadze A.K. The special features of hadron interaction of ultrahigh energy space rays. M.: MSU Publishing house, 2000. 256 p.

3. Dorman L.I. The experimental and theoretical bases of astrophysics of space rays. M.: Nauka, 1975. 402 p.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.