Пространственное распределение электронов ШАЛ

Введение 4
Глава 1. Прохождение космических лучей через атмосферу 7
1.1. Качественное описание развития ШАЛ 7
1.2. Адронная и мюонная компоненты ШАЛ 11
1.3. Электромагнитная компонента ШАЛ 14
Глава 2. Расчетный метод 19
2.1. Установка и сборка программы СОК81КА 19
2.2. Опции и управляющие параметры моделирования программы
СОРОКА 21
2.3. Тестовые расчеты 25
Глава 3. Пространственное распределение электронов ШАЛ 31
3.1. Каскадные кривые электронов ШАЛ 31
3.2. Радиальные распределения электронов ШАЛ 34
Заключение 38
Список литературы 39
Купить

На сегодняшний день единственным средством измерения космических лучей (КЛ) с энергией > 1015 эВ остаются косвенные методы. Этот способ регистрации КЛ базируется на явлении широкого атмосферного ливня (ШАЛ). В земной атмосфере первичная частица КЛ формирует адронно-электромагнитный каскад, складывающийся из большого числа вторичных частиц, который называется широким атмосферным ливнем. Такое название связано с тем, что каскадный процесс в атмосфере имеет широкомасштабную структуру, т.е. вторичные частицы оказываются глубоко в атмосфере на расстояниях порядка 1000 м от оси ливня. Регистрация частиц ШАЛ осуществляется посредством широко протяженных установок площадью ~ 100 км2, 1000 км2, состоящих из множества отдельных детекторов,
разнесенных на большие расстояния. На данный момент действующими установками являются Оже-обсерватория, Тайга, АОА8А и др. [9].
С помощью ШАЛ изучаются такие характеристики КЛ высоких и сверхвысоких энергий (1017 эВ < Е < 1020 эВ), как энергетический спектр, массовый состав, анизотропия. Также широкие атмосферные ливни являются единственными источником информации об адрон -ядерных взаимодействиях энергии > 1015 эВ.
Исторически первоначальным методом, использованным для исследования ШАЛ, был метод детектирования ШАЛ путём регистрации потоков заряженных частиц, и благодаря относительной простоты широко распространён и в настоящее время. Основанием исследования широких атмосферных ливней общепринято считать работы Скобельцына, произведенные в 1929 году благодаря, камеры Вильсона в магнитном поле и работы Оже 1938 года с внедрением разнесенных на плоскости счетчиков Гейгера-Мюллера, введенных в схему совпадений. Первые теории о природе широких атмосферных ливней были заявлены в работах Эйлера. На базе разработанной Ландау и Румером лавинной теории для электронов и фотонов высокой энергии и приложения её к анализу экспериментальных данных, Эйлер предположил гипотезу о том, что ШАЛ представляется электромагнитным каскадом.[2]
Чтобы восстановить характеристики частиц КЛ по данным ШАЛ, требуется знать как можно больше характеристик, описывающих каскадный процесс. Для этих целей задействуются, как аналитические методы исследования, так и численные, и стохастические. Одновременная регистрация мюонной компоненты наряду с электронной даёт возможность извлечь информацию о массовом составе первичного излучения. Для этой же цели можно использовать информацию о продольном развитии электронно - фотонного каскада в атмосфере, а также о функциях пространственного распределения тех или иных компонент [3].
Одним из максимально полных и точных средств моделирования ШАЛ считается программа СОВЛХКА [5]. Эта программа позволяет моделировать ШАЛ двумя методами: полным методом Монте-Карло и полуаналитическим. Полный метод Монте-Карло дает возможность полностью проследить траекторию любой частицы ШАЛ. В полуаналитическом методе адронная и мюонная компоненты моделируются методом Монте-Карло, а электромагнитная компонента описывается аналитическими решениями для электронно-фотонных каскадов в воздухе.
Моделирование методом Монте-Карло имеет дело со случайными процессами. Для получения достоверных данных с оптимальной статистической точностью требуется проведение большого числа испытаний, что приводит к повышению времени расчетов. При этом с ростом энергии первичной частицы, образующей ШАЛ, существенно увеличивается расчетное время и объемы выходных данных. По этой причине полное моделирование методом Монте-Карло требует много времени для выполнения расчетов и значительные вычислительные мощности.
Чтобы сократить расчетное время и объемы выходных данных, существует механизм «прореживания». Он позволяет моделировать не все траектории частиц полностью, а после достижения каскадными частицами определенной энергии прослеживать полностью только одну траекторию частицы. А потом ее характеристики умножаются на весовой множитель.
Другой способ уменьшения времени и объемов расчетов, а также увеличения статистики испытаний - полуаналитический метод Монте-Карло (опция НКГ). Чтобы уверенно использовать опцию НКГ, нужно знать, на сколько согласуются результаты ее использования по сравнению с полным методом Монте-Карло. Особенно это важно для радиальных распределений частиц на больших расстояниях от оси ливня в силу малой плотности частиц. А так, как на современных установках по регистрации ШАЛ детекторы разнесены на расстояния порядка 1 км, эта информация существенна для определения положения оси ливня и восстановления формы радиального распределения регистрируемых частиц.
Цель работы: исследовать пространственное распределение электронов ШАЛ.
Решаемые задачи:
1. Изучение структуры ШАЛ.
2. Установка, сборка и тестирование программы СОРЛХКА.
3. Расчет и анализ каскадных кривых электронов полным методом Монте-Карло и опцией НКГ программы СОЯЗХКА.
4. Расчет и анализ радиальных распределений электронов полным методом Монте-Карло и опцией НКГ программы СОЯЗХКА.

Купить