CC BY
34
УДК 551.521.64
А.А. Лагутин, А.В. Юшков
Флуктуации чувствительности мюонной компоненты космических ЛУЧЕЙ И ПОКАЗАНИЙ НЕЙТРОННОГО МОНИТОРА, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬЮ
температурного профиля атмосферы турного профиля приводит к необходимости рассматривать ансамбль чувствительностей, и для приближенной оценки возможного разброса
а
1. Введение
При изучении первичного космического излучения с помощью наземных детекторов необходим максимально точный учет влияния метеорологических эффектов на характеристики вторичной компоненты. Для оценки вариаций потока вторичных космических лучей, вызванных, например, изменениями атмосферных условий, используется понятие чувствительности [1] AJ(X ->Х') = здесь J -пока
зание детектора, а X и X' - различные состояния атмосферы. В данной работе мы рассматриваем вариации
чувствительности AJ({T} -* {T'})/J({T}) мюонной компоненты космических лучей и показаний нейтронного монитора, обусловленные вариациями температурного профиля атмосферы {Т}. Поскольку полную пространственно- временную информацию о распределении температур получить невозможно, мы приходим к задаче учета температурного эффекта в условиях некоторой неопределенности поля температур. В [1,2] показано, что при анализе экспериментов, проводимых в условиях не полностью определенной среды, необходимо вводить статистический ансамбль сред, в котором рассматривается все множество возможных реализаций среды, совместимых с результатами измерений на конечном числе уровней атмосферы. В данном случае это ансамбль профилей {Г}, который порождает соответствующий ансамбль чувствительностей А/({Г} -»{Г'}). Целью настоящей работы является проведение оценок флуктуаций относительной чувствительности Л//./ мюонной компоненты КЛ и показаний нейтронного монитора, обусловленных неопределенностью температурного профиля атмосферы.
2. Дисперсия относительной чувствительности
Относительную чувствительность AJ / J любой вторичной компоненты КЛ к изменению температуры можно представить в виде [3]
можно воспользоваться дисперсией
чи
выражение для которой следует из
(1) при усреднении по T' :
О № - а2'ате * с!х"ат (г")// Т(г'') г/у,
относит ельной (2)
Видно, что О (—) определяется плотностью температурного коэффициента и статистическими характеристиками поля температур
атмосферы - коэффициентом корреляции и
Т
среднеквадратичным отклонением температуры сг7 (2) . Отметим, что если в качестве невозмущенного профиля Т использовать усредненный за месяц профиль температур, то, как видно из (1), усредненная за месяц относительная чувствительность будет равна нулю. 3. Результаты и выводы
Нами проведены расчеты усредненных за месяц дисперсий О ( — ) и
ГП.З.
Э на
V 1нм 'тз,
примере станции в Якутске. Статистические
т
rz'z"
[4], а плотности температурных коэффициентов ат (z)
из [2]. Вычисления
дисперсии w
величины
(Д) =/;* dz«T (z) ДГ (z),
D 7
4 J 'm.3.
Г dz'aT(z')aT(z')r dz"aT(z")aT(z")rzT,z„
zn < z
и
(1)
где ат (г) - плотность температурного коэффициента, Д Т(г) = Т(2')-Т(2) . Как отмечалось во введении, неопределенность темпера
были выполнены для января и июля для уровня моря (2*=1035 г/см2). Анализ результатов наших расчетов, представленных в таблицах 1 и 2, приводит к следующим выводам:
• флуктуации мюонной компоненты в январе на 20-150% превышают флуктуации в июле, что обусловлено большей переменностью температурного профиля атмосферы в зимний период;
ФИЗИКА
• минимальные флуктуации ~ 0,15% имеет мюонная компонента с Е, « (5 т10) ГэВ;
• флуктуации мюонной компоненты, регистрируемой подземными детекторами (Ег »(Ю0т200) ГэВ), в январе достигают ~ 1,5%. Этот факт следует учитывать при изучении анизотропии КЛ в области Е да 1012 т 10й эВ, величина которой сравнима с указанным выше разбросом интенсивности, обусловленным неопределенностью температурного профиля;
• флуктуации мюонной компоненты с низкими пороговыми энергиями Е, да (1 т 1 о) ГэВ обусловлены в основном флуктуациями температуры верхнего (0т200) г/см2 и нижнего (700т 1035) г/см2 слоев атмосферы, а в величину флуктуаций мюонной компоненты с Е, » (31,5т200) ГэВ основной вклад ~ 80% вносит область (0т200) г/см2; • флуктуации показаний нейтронного монитора составляют ~ (0,06т0,1)%, причем определяющей является область глубин (800т 1035) г/см2.
31,5 0,52 0,31
100,0 1,16 0,52
200,0 1,50 0,60
Таблица 2
Зависимость У от г о для мюонной компоненты и показаний нейтронного монитора для
января
г0> / 2 г/см Е„ ГэВ НМ
1,0 3,1 5,0 10,0 31,5 100,0 200,0
100 0,28 0,37 0,37 0,20 0,49 0,55 0,57 0,02
200 0,44 0,52 0,44 0,55 0,80 0,77 0,77 0,09
300 0,48 0,56 0,47 0,61 0,83 0,80 0,79 0,13
400 0,46 0,54 0,46 0,61 0,82 0,81 0,81 0,19
500 0,42 0,50 0,44 0,59 0,78 0,78 0,79 0,18
600 0,41 0,50 0,49 0,67 0,80 0,83 0,84 0,19
700 0,48 0,56 0,58 0,77 0,84 0,86 0,88 0,24
800 0,61 0,67 0,70 0,92 0,90 0,89 0,90 0,36
900 0,78 0,80 0,82 1,02 0,96 0,94 0,94 0,59
1035 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Таблица 1
Флуктуации мюонной компоненты, обусловленные неопределенностью температурного профиля атмо-_сферы, г *=1035 г/см2_
О
Ч
1/2
%
Е„ ГэВ
1,0
3,1 5,0 10,0
январь 0,51 0,26 0,16 0,14
0,42 0,21 0,13 0,11
Литература
1. Лагутин А.А., Учайкин В.В. Прохождение мюонов в случайно-неоднородной среде // Изв. РАН. Сер. Физ. 1993. Т.57.
2. Лагутин А.А., Литвинов В.А., Учайкин В.В. Теория чувствительности в физике космических лучей. Барнаул, 1995.
3. Дорман Л.И. Метеорологические эффекты космических лучей. М., 1972.
4. Комаров B.C. Особенности статистической структуры вертикальных профилей температуры и влажности в атмосфере северного полушария // Тр. ВНИИ гидрометеорологической информации. Мировой центр данных. 1978. №57.
