ТЕМЫ
Архив
< Февраль 2020 >
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
          1 2
3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29  
Сегодня
Наука

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Иркутск, 10.02.20 (ИА «Телеинформ»), - На территории Института солнечно-земной физики СО РАН находится небольшой неприметный флигель – станция космических лучей. Там ученые изучают космические лучи, поступающие на Землю из Космоса. Каково практическое применение этих исследований и причем тут подковы, разбирался корреспондент Телеинформа.

Всего в ИСЗФ СО РАН насчитывается четыре таких станции. Одна – в Норильске. Еще три – в Иркутске и горах Восточного Саяна – составляют Саянский спектрографический комплекс космических лучей. Станции в Бурятии расположены неподалеку от поселка Монды – на горе Часовые Сопки (2 тысячи метров над уровнем моря) и на пике Хулугайша (3 тысячи метров). Высота иркутской – 475 метров над уровнем моря, а норильская располагается условно на уровне моря.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Немного теории

Станция космических лучей, как следует из ее названия, изучает космические лучи, которые возникают при взрывах сверхновых звезд и идут из Галактики. Старший научный сотрудник отдела физики Солнца Института солнечно-земной физики СО РАН Анна Луковникова рассказывает, что они бывают первичные – галактические, метагалактические и солнечные. Когда они доходят до Земли, то в атмосфере взаимодействуют с ядрами азота и кислорода в воздухе. После этого ученые регистрируют уже вторичные космические лучи.

В настоящий момент активность Солнца минимальна – начался новый цикл, на нем не происходит вспышек, и солнечные лучи не регистрируются. А это значит, что ученые имеют возможность изучать сейчас только галактические лучи.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Вариации космических лучей зависят от множества факторов. Это и 11-летний цикл активности Солнца, и 27-дневные вариации, связанные с вращением Солнца вокруг своей оси, суточные вариации из-за вращения Земли. Во время вспышек на Солнце в космических лучах наблюдаются так называемый Форбуш-эффект. Как правило, это небольшое возрастание, затем резкое понижение интенсивности космических лучей. Это все позволяет, регистрируя на Земле космические лучи, исследовать процессы, происходящие во Вселенной.

– Основной состав космических лучей – это протоны, гелий и небольшое количество более тяжелых элементов. При попадании в атмосферу первичные космические лучи (в основном, протоны) при взаимодействии с ядрами воздуха создают большое число вторичных частиц. Мы можем их зарегистрировать за счет того, что при попадании в счетчики нейтронного монитора нейтроны взаимодействуют с ядром изотопа бора и выделяют некоторое количество энергии, – рассказывает Анна Луковникова.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Как это происходит

Для детектирования лучей используется метод локальной генерации нейтронов.

– В установке находится свинец. Когда протоны и нейтроны регистрируемых космических лучей в него попадают, в свинце происходят ядерные реакции и рождается множество нейтронов низких энергий. Потом нейтроны замедляются в полиэтилене, которым окружены счетчики. Мы используем счетчик СНМ-15, который выпускался еще в Советском Союзе. Он наполнен трифторидом бора, обогащен изотопом бора-10. При взаимодействии последнего с нейтронами, которые генерируются в свинце, освобождается энергия, выделение которой мы и регистрируем, – поясняет Анна Луковникова.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Вместо счетчиков с трифторидом бора, которые установлены в настоящее время на большинстве станций космических лучей по всему миру, можно использовать гелиевые счетчики. Они имеют более простую конструкцию. Потребуется другая регистрирующая аппаратура, но принцип детектирования нейтронов останется тот же. За рубежом, кстати, сами установки практически не отличаются от российских. Там могут быть установлены другие регистраторы, усилители и блоки питания для подачи высокого напряжения.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

– Внутри счетчика находится нить, на нее подано высокое напряжение, газ ионизирован. При взаимодействии нейтронов с ядром изотопа бора выделяется энергия, затем сигнал поступает на усилитель и мы его регистрируем. Рядом с нейтронным монитором стоят барометры, которые регулярно поверяют, чтобы данные об атмосферном давлении были как можно точнее, – рассказывает Анна Луковникова.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Станции Института солнечно-земной физики СО РАН входят в мировую сеть стандартных нейтронных мониторов IGY, созданную в 1957 году. Эти мониторы сконструировал Джон Симпсон, их эффективная площадь составляла около двух квадратных метров. Затем в начале 1960-х годов Хью Кармайкл разработал новую модель нейтронного монитора NM64 с площадью одной секции примерно шесть квадратных метров, которая обеспечивала более высокую скорость счета, и многие станции были переоборудованы подобными установками. Монитор, установленный на станции в Иркутске – стандартный, состоящий из трех секций, суммарно его эффективная площадь – около 18 квадратных метров. Такими мониторами оснащены многие станции космических лучей по всему миру, работающих в настоящее время, – всего их сейчас чуть более 40.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Сопутствующие факторы

Важными особенностями нейтронных мониторов являются их унифицированная конструкция, относительная легкость исключения влияния метеорологических факторов и долговременная надежность. Это позволяет наблюдать на мировой сети станций космических лучей небольшие по амплитуде и длительности изменения в интенсивности космических лучей (около 0,5% по величине), которые невозможно зарегистрировать детекторами в космосе. Очень высокая скорость счета и практически неограниченная во времени эксплуатация по сравнению с детекторами, размещенными в космосе, – тоже преимущества нейтронных мониторов. Благодаря тому, что они стандартизированы, можно сравнивать данные разных станций.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

По словам ученых, при изучении галактических лучей все зависит, во-первых, от того, сколько пробегов совершит частица в атмосфере до столкновения, – она может пройти насквозь, вообще ничего не задев, а может столкнуться в первую же секунду. Средний пробег до ядерного взаимодействия в атмосфере для протонов примерно 80 граммов на квадратный сантиметр, что составляет одну тринадцатую часть всей толщи атмосферы, следовательно, протон успеет несколько раз вступить во взаимодействие с ядрами атомов воздуха. Поэтому вероятность дойти до уровня моря у первичных космических лучей крайне мала. На больших глубинах в атмосфере регистрируется вторичное излучение. Во-вторых, большую роль играет высота станции над уровнем моря – чем глубже в атмосферу, тем ниже и интенсивность лучей, и соответственно, чем выше в горы – тем выше и интенсивность. В-третьих, важна и широта места, на котором станция расположена, это связано с магнитосферой Земли.

– Наши станции не зря расположены по всему миру, на разной высоте и разных широтах. Например, в том же Норильске интенсивность будет выше, чем на наших средних широтах, а на экваторе регистрируются частицы с гораздо большими энергиями, – комментирует Анна Луковникова.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Кроме того, чем выше над уровнем моря станция, тем меньшее количество секций требуется, чтобы зарегистрировать частицу. Установка на Иркутской станции состоит из трех стандартных секций, в каждой по шесть счетчиков. Такое же их количество – 18 – находится на объекте в Норильске. Как говорит Анна Луковникова, «так исторически сложилось». Ну а в горах Восточного Саяна на высоте 2 тысячи метров достаточно установки из двух секций, на высоте 3 тысячи метров и вовсе обходятся одной секцией.

Для чего нужны космические лучи

Благодаря изучению галактических лучей можно исследовать элементарные частицы и делать прогноз космической погоды. Это – самое главное и основное направление работы станции. Есть и прикладное назначение – например, данные можно использовать для подсчета оценки ионизации и радиационных доз в атмосфере Земли, которую получают, например, экипажи воздушных судов и космонавты.

– Вообще энергетический диапазон первичных космических лучей очень большой – от 10^6 до 10^20 электронвольт. Существующие наземные ускорители не позволяют получать частицы таких больших энергий, поэтому космические лучи могут использоваться и для того, чтобы исследовать еще не известные нам частицы, – говорит Анна Луковникова.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Попадая в атмосферу Земли, высокоэнергичные первичные космические лучи – протоны и другие ядра – испытывают столкновения с ядрами атомов воздуха, в основном, азота и кислорода. В результате взаимодействия происходит расщепление ядер и рождение нестабильных элементарных частиц.

Данные, получаемые на станциях космических лучей, отправляются в режиме реального времени в Европейскую базу данных нейтронных мониторов и Мировой центр данных в Москве, которые эту информацию хранят и обрабатывают. После этого центры прогнозов выдают прогноз о ближайших событиях в околоземном пространстве. Дело в том, что во время мощных вспышек на Солнце космонавтам желательно укрываться в защитных капсулах, чтобы не получить смертельную дозу радиации.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Ну а с подковами-то что?

Так как в Бурятии обе станции космических лучей находятся высоко в горах, добраться туда не очень просто. Так, сообщение с горой Хулагайша только пешее – туда все оборудование доставляют на лошадях. Поэтому на иркутской станции космических лучей помимо приборов лежит еще и запас подков для нескольких «четвероногих научных сотрудников».

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

В среднем одного комплекта подков на одну лошадь в горах хватает на полтора-два месяца. Путь до станции от поселка Монды занимает около трех часов – полчаса на машине, а затем полтора-два с половиной часа на лошадях. Сотрудники туда приходят каждую неделю, выполняют необходимые действия и возвращаются: высота в горах для человека довольно ощутима.

От подковы до барометра: как иркутские ученые изучают космические лучи

Кстати, иркутская станция космических лучей была перенесена сюда в 1998 году из поселка Зуй, расположенного недалеко от ангарского Мегета и в 35-ти километрах от Иркутска. Там находилась старейшая магнитно-метеорологическая обсерватория ИСЗФ СО РАН, созданная в 1886 году. Регистрировать интенсивность космических лучей с помощью автоматической ионизационной камеры АСК-2 там начали с 1952 года. Начиная с 1958 года, данные публикуются в свободном доступе.

Мария Маякова, Телеинформ. Фото автора

Читайте также:

 
Летопись байкальских тревог
Загрузка...
Рейтинг@Mail.ru Яндекс цитирования Яндекс.Метрика
  • Все права защищены © ООО «ИРА Телеинформ». Любое использование материалов допускается только при наличии гиперссылки на i38.ru (для интернет-СМИ) или на ИА «Телеинформ» (печатные, эфирные СМИ)
  • Дизайн-концепция © «Gombo Design». Верстка и техническая поддержка © «БайкалТелеИнформ»
  • Регистрационный номер — ИА № ФС 77 - 75717, выдан 24.05.2019 Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)

БайкалИНФОРМ - Объявления в Иркутске