CC BY
22
УДК 524.1 ■ 551.51
ИССЛЕДОВАНИЕ ОТКЛИКА ПОТОКА МЮОНОВ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ НА НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ
A.C. Михайленко1, А.Н. Дмитриева, A.A. Петрухин, Д. А. Тимашков,
В. В. Шутснко, И. И. Яшин
Представлены результаты исследоватш, связи между динамическими атмосферными явлениями и вариациями потока мюонов космических лучей. Приведены результаты многолетнего эксперимента по непрерывной регистрации пространственно-угловых вариаций потока мюонов с помощью мюонного годоскопа УРАГАН. Показа,но, что корреляция, между погодными явлениями и ■изменениями углового распределения, мюонного потока, на, поверхности Земли наблюдается, в 80% случаев, причем как в общем темпе счета, так и в зенитно-азимутальном распределении ■интенсивности потока, мюонов.
Ключевые слова: мюоны космических лучей, мюонная диагностика, нестационарные атмосферные процессы, грозы.
Мониторинг ОПАСНЫХ атмосферных явлений, таких как грозы и ураганы, по сей день остается актуальной задачей. Хотя на содержание сети метеорологических станций, на разработку и запуск метеорологических спутников тратятся значительные ресурсы, многие локальные погодные возмущения до сих пор не удается обнаруживать заблаговременно. Поэтому в настоящее время разрабатывается новая методика мониторинга процессов в атмосфере с помощью детекторов, чувствительных к мюонной компоненте космического излучения.
Мюоны космических лучей представляют собой элементарные частицы с высокой проникающей способностью [1]. поток которых формируется в верхних слоях атмосфе-
Национадьный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Федеральное агентство по образованию, 115409, г. Москва, Каширское шоссе, 31.
1 E-mail: [email protected]
номер 6, 2010 г.
Краткие сообщения по физике ФИАН
ры под действием первичного космического излучения и чувствителен к изменениям основных термодинамических параметров атмосферы [2]. Для регистрации вариаций потока мюонов на поверхности Земли используются детекторы нового типа - мюон-ные годоскопы. Мюонный годоскоп УРАГАН [3], созданный в Научно-образовательном центре НЕВОД (НИЯУ МИФИ), представляет собой комплекс широкоапертурных многослойных координатных детекторов (рис. 1), способный регистрировать мюоны одновременно с различных направлений небесной полусферы. В настоящее время годоскоп УРАГАН состоит из трех отдельных детекторов, представляющих собой сборки из восьми слоев газоразрядных камер, работающих в режиме ограниченного стримера, оснащенных системой внешних считывающих полосок-стрипов в двух проекциях. Общая площадь установки 34.5 м2.
Рис. 1: Отдельный детектор мюонного годоскопа УРАГАН (слева - общая схема, справа - внешний вид).
Установка УРАГАН была запущена в режиме постоянной регистрации в 2005 году и на сегодняшний день общее время работы составило более 30 тысяч часов. За одну секунду мюонный годоскоп регистрирует и обрабатывает около 4000 мюонов. Каждую минуту УРАГАН набирает данные по зенитно-азимутальному распределению потока мюонов и записывает их в специальную структуру - кадр. За время проведения эксперимента набрано около 2 млн кадров, содержащих уникальную информацию о пространственно-угловых вариациях мюонов космических лучей. Обработка кадров позволяет получать так называемые снимки неба в мюонном "свете", которые представляют собой карту относительных вариаций потока мюонов с различных направлений небесной полусферы. При анализе гроз использовались пятиминутные снимки, при этом интенсивности потока мюонов скорректированы на барометрический тренд.
Для калибровки данных мюонного годоскопа используется независимая информация о грозовых возмущениях: спутниковые снимки облачности, синоптические кар-
ты и т.п. Во время эксперимента в районе расположения установки зарегистрировано несколько десятков грозовых событий. Анализ данных мюонного годоскопа показал, что в 80% событий наблюдается понижение потока мюонов при прохождении грозовой ячейки, причем как в общем темпе счета, так и на мюонном снимке (рис. 2).
г=2
W
-0
62%
4200
4175
4150
4125
4100
4075
00
00
20
00
22
00
24
00
2009
2009
июля
июля
URAGAN
data
Рис. 2: Отклик мюонного годоскопа (слева - общий темп счета, справа - мюонный снимок).
Таким образом, показано, что поток мюонов чувствителен к грозовым локальным атмосферным возмущениям. Полученный результат свидетельствует о перспективности применения космических лучей в качестве иструмента для дистанционного мониторинга атмосферных явлений.
Работа проводится в Научно-образовательном центре НЕВОД при поддержке Росна-уки и Рособразования и ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России".
ЛИТЕРАТУРА
[1] В. С. Мурзин, Введение в физику космических лучей (М., МГУ, 1988 ).
[2] Л. И. Дорман, Метеорологические эффекты космических лучей (М., Наука, 1972).
[3] Н. С. Барбашина и др., Приборы и техника эксперимента, № 2, 26, 2008.
По материалам 3 Всероссийской молодежной школы-семинара "Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики", Москва, ФИАН, октябрь 2009 г.
Поступила в редакцию 28 апреля 2010 г.
