Отчет о научно-исследовательской работе «Проведение исследований в области рационального природопользования с использованием уникальных установок»
Скачать 467 Kb.
|
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ имени Д.В.СКОБЕЛЬЦЫНА УДК 537.591 № госрегистрации 01.9.80004286 Инв. № 01/07-02 «УТВЕРЖДАЮ» Директор НИИЯФ МГУ профессор М.И.Панасюк ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ «Проведение исследований в области рационального природопользования с использованием уникальных установок» по теме: « Поиск предела ускорения космических лучей в Галактике и мониторинг состояния атмосферы, ближнего и дальнего космоса на Астрофизическом комплексе МГУ-ИГУ для исследования космических лучей сверхвысоких энергий (установки Тунка и ШАЛ-МГУ) (Астрофизический комплекс МГУ ИГУ)», выполняемых в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы». Государственный контракт от 08 июня 2009 г. № 02.518.11.7159 Шифр: « 2009-07-1.8-00-05 » (промежуточный) Руководитель работы д.ф.-м.н. профессор М.И. Панасюк МОСКВА 2009 СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ Руководитель работ, Директор НИИЯФ МГУ профессор ___________________ М.И. Панасюк Исполнители темы: Зав. отделом, профессор ___________________ Н.Н. Калмыков Зав. лаб, д.ф.-м.н. ___________________ Л.А. Кузьмичев Вед. научн. сотр ___________________ Ю.А. Фомин Вед. научн. сотр ___________________ В.В. Просин Ст. научн. сотр. ___________________ М.Ю. Зотов Ст. научн. сотр. ___________________ А.В. Скурихин Ст. научн. сотр. ___________________ Е.Е. Коростелева Ст. научн. сотр. ___________________ В.П. Сулаков Ст. научн. сотр. ___________________ А.А. Силаев Зам. зав. отделом, к.ф.-м.н. ___________________ А.Я. Варковицкая Научн.сотр., к.ф.-м.н. ___________________ Е.Е. Коростелева Научн.сотр., к.ф.-м.н. ___________________ С.А. Шаракин Мл. научн. сотр. ___________________ А.А. Силаев (мл) Мл. научн. сотр. ___________________ А.А. Константинов Вед. программист ___________________ А.В. Широков Вед. программист ___________________ В.А. Кожин Вед. электроник ___________________ В.И. Назаров Вед. электроник ___________________ Н.И. Карпов Вед. электроник ___________________ С.Б. Игнатьев Вед. электроник ___________________ П.Г. Щепкин Вед. инженер ___________________ А.В. Игошин Электроник 1 кат ___________________ А.В. Заблоцкий Нормоконтролер Вед. программист ___________________ З.В. Ярочкина РЕФЕРАТ Отчет 57 с., 6 ч., 29 рис. 2 табл. ШИРОКИЙ АТМОСФЕРНЫЙ ЛИВЕНЬ, ПЕРВИЧНОЕ КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СПЕКТР, ЧЕРЕНКОВСКИЙ ДЕТЕКТОР, СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР, ДЕТЕКТОР НЕЙТРОНОВ, ОПТОВОЛОКОННЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ, АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТИЧЕСТВО, ФОТОУМНОЖИТЕЛЬ ОПТИЧЕСКИЙ ТЕЛЕСКОП. Объектом исследования является первичное космическое излучение сверхвысоких энергий, транзиентное оптическое излучение, сопровождающее гамма-всплески и другие астрофизические процессы. Главная цель работы этого этапа – физический пуск установки Тунка-133 в полном объеме и начало исследования космического излучения (ПКЛ) сверхвысоких энергий методом регистрации черенковского излучения от широких атмосферных ливней (ШАЛ). В процессе работы проведено развертывание последних пяти кластеров установки ( 49 новых оптических детекторов). Установка проводила регистрацию ШАЛ в течение безлунных периодов в октябре и ноябре. Электронная система регистрации и сбора данных и механические узлы установки работают нормально и можно утверждать, что введение в строй установки прошло успешно. Завершена сборка монтировки и установлены два светосильных телескопа МАСТЕР. Начаты сеансы наблюдения на телескопе-роботе. Осуществлено подключение астрофизического комплекса к интернету для возможности оперативного удаленного контроля состояния установок комплекса и пересылки информации в Иркутск и Москву для обработки. На установке ШАЛ-МГУ проводился совместный мониторинг электростатического электричества в приземной части атмосферы, темпа счета мюонов и ШАЛ. Проведено исследование вариации темпа счета мюонов, в том числе во время гроз и солнечных вспышек. Проведен расчет ускорения частиц в остатке сверхновой RX J1713.7-3946 - наиболее эффективном «ускорителе» космических лучей высоких энергий в локальной области Галактики. Выполнен также расчет гамма-излучения от этого источника. Результаты расчета находятся в хорошим согласием с экспериментальными данными. Содержание Введение 6 1.Сборка монтировки и светосильных телескопов. Проведение сеансов работы на телескопе-роботе. 10 2. Осуществление подключения астрофизического комплекса к интернету для возможности оперативного удаленного контроля состояния установок комплекса и пересылки информации в Иркутск и Москву для обработки 14 3. Начало сеансов регистрации широких атмосферных ливней установкой Тунка-133 и начало сеансов наблюдения телескопом МАСТЕР. Проведение практических занятий со студентами ИГУ с использованием аппаратуры Астрофизического комплекса. 16 4.Разработка программного обеспечения по контролю прозрачности атмосферы и конфигурации облаков на основе данных комплекса МАСТЕР. 28 5.Расчет ускорения частиц в остатке сверхновой RX J1713.7-3946 - наиболее эффективном «ускорителе» космических лучей высоких энергий в локальной области Галактики. Расчет и сравнение с наблюдениями гамма-излучения от этого остатка сверхновой. 31 6.Эксплуатация комплексной установки ШАЛ МГУ. Анализ экспериментальных данных, полученных на установке ШАЛ МГУ. 37 Заключение 44 Приложение 1. Инструкция для работы с установкой Тунка-133 45 Введение Космические лучи являются одним из важнейших источников фундаментальных знаний как о микромире - природе и взаимодействиях элементарных частиц и ядер, так и о крупномасштабных процессах, происходящих не только в нашей Галактике, но и за ее пределами. Спектр космических лучей не солнечного происхождения простирается более, чем на 10 порядков от 1010 эВ до 1020 эВ. К настоящему времени космические лучи относительно низких энергий достаточно хорошо изучены прямыми методами регистрации на высотных аэростатах. Исследования космических лучей высоких и сверхвысоких энергий ведутся на нескольких установках (TIBET, KASCADE, AGASA, ЯКУТСК и др.), однако, до сих пор сохраняются значительные, расхождения, в экспериментальных данных, в особенности, относительно химического состава космических лучей, получаемых разными группами с помощью различных методик. Это в значительной степени препятствует правильному пониманию природы источников и механизмов ускорения космических лучей в разных диапазонах высоких энергий, что является одной из нерешенных фундаментальных проблем современной астрофизики. Главный признак приближения к предельной для Галактических источников энергии – утяжеление массового состава космических лучей с ростом энергии и, возможно, рост анизотропии. В настоящее время существует ряд теоретических и экспериментальных указаний на то, что переход от галактических к внегалактическим источникам происходит в диапазоне 1017–1018 эВ. Из-за низкого потока космических лучей сверхвысоких энергий единственным методом их изучения является регистрация широких атмосферных ливней (ШАЛ), образующихся при прохождении первичных космических лучей через атмосферу Земли. В рамках выполнения Государственного контракта мы планируем провести исследование на установках, взаимодополняющих друг друга по методам восстановления важнейших характеристик космических лучей: энергетического спектра и массового состава. При этом будет осуществлен единый подход к моделированию эксперимента, обработке и анализу данных. Исследование космических лучей будет проводиться на калориметрической установке Тунка-133, использующей поток черенковкого света от ШАЛ как меру энергии первичной частицы, и на установке, регистрирующих электронно-фотонную компоненту ШАЛ на уровне наблюдения (ШАЛ-МГУ). Экспериментальная работа будет дополнена теоретическими исследованиями и численным моделированием процессов ускорения и переноса космических лучей в Галактике. Природа источников галактических частиц высоких и сверхвысоких энергий, несмотря на существенный прогресс в теории их ускорения и распространения, до конца не ясна. Основными источниками космических лучей в Галактике считаются остатки сверхновых. Это следует из интерпретации их радио, нетеплового рентгеновского и гамма-излучения. Установлено, что в остатках сверхновых имеются частицы вплоть до энергий порядка 1014 эВ. Возможность ускорения до больших энергий остается гипотетической, как с экспериментальной, так и с теоретической точек зрения. Весьма существенным для понимания природы источников явились бы надежные экспериментальные данные об энергетическом спектре, массовом составе и анизотропии в диапазоне 1015–1018 эВ. Этот диапазон включает как классический излом при энергии 31015 эВ, открытый сотрудниками НИИЯФ МГУ под руководством С.Н. Вернова и Г.Б. Христиансена, так и область энергий 1017Z эВ, по-видимому максимально достижимых космическими лучами в оболочках сверхновых звезд. Установки, предназначенные для изучения космических лучей высоких энергий представляют собой сеть отдельных детекторов, регистрирующих заряженные частицы или черенковское излучение частиц широких атмосферных ливней (ШАЛ), возникающих при взаимодействии первичной частицы высокой энергии с атмосферой. Восстановление параметров первичной частицы: направления прихода, энергии, массы осуществляется с использованием различных моделей взаимодействия космических лучей с атмосферой и развития ШАЛ. Точность восстановления зависит, как от экспериментальной методики, так и качества используемых теоретических моделей. Для поиска возможного оптического сопровождения гамма-всплесков будет проводиться непрерывный мониторинг неба с целью поиска всех не содержащихся в астрономических каталогах объектов. Для этого на астрофизическом полигоне установлена мобильная астрономическая система телескопов-роботов МАСТЕР VWF (Very Wide Field), включающий 2 камеры сверхширокого поля (полное поле зрения 2000 квадратных градусов) и «большой» телескоп широкого поля зрения. Кроме синхронного оптического излучения источников гамма-всплесков, система телескопов будет фиксировать неизвестные астероиды, кометы и вспышки сверхновых. Комплекс аппаратуры, сочетающий установку, регистрирующую вспышки атмосферного черенковского света, и системы оптических телескопов МАСТЕР может оказаться уникальным детектором особо интенсивных гамма-всплесков. Интенсивный гамма-всплеск может вызвать кратковременное (от нескольких миллисекунд до нескольких минут) увеличение фонового света атмосферы за счет добавления рассеянного черенковского и ионизационого света от множества ливней от гамма-квантов, развивающихся в верхней атмосфере. Такое увеличение потока фонового света вызовет синхронный скачок темпа счета всех оптических детекторов установки Тунка-133. Аппаратура установки позволяет зафиксировать подобное изменение темпов счета, а система оптических телескопов, с одной стороны, отследит, не вызвано ли увеличение потока фонового света такими не интересными для астрофизики источниками света, как самолеты или метеоры, а с другой стороны, может зафиксировать точечный астрофизический источник, появившийся в поле зрения телескопа одновременно с гамма-всплеском. В соответствии с требованиями технического задания целью выполнения второго этапа данного Государственного контракта являются сборка монтировки и светосильных оптических телескопов, и начало сеансов регистрации оптическими телескопами. В течение этого этапа был произведен физический пуск установки Тунка-133 в полном объеме и начаты сеансы регистрации широких атмосферных ливней. Существенным мероприятием этого этапа было подключение астрофизического комплекса в Тункинской долине к сети Интернет. Продолжался круглосуточный набор данный установкой ШАЛ-МГУ. Выполнены новые теоретические исследования ускорения частиц в остатках сверхновых звезд. 1.Сборка монтировки и светосильных телескопов. Проведение сеансов работы на телескопе-роботе. Для обеспечения эффективной работы установки Тунка-133 крайне необходима детальная информация о состоянии прозрачности атмосферы и состоянии облачности. С этой целью, а так же с целью проведения синхронных наблюдений гамма-всплесков на полигоне Тунка развернут роботизированный комплекс МАСТЕР (см. рисунок 1.1)  Рисунок 1.1. Павильон телескопа-робота МАСТЕР в Тункинской долине, в раскрытом состоянии. Комплекс МАСТЕР устанавливается на заранее подготовленный фундамент и специальную бетонную колонну, обеспечивающую неподвижное положение монтировки основного телескопа системы МАСТЕР. Система МАСТЕР включает в себя три измерительных прибора: - широкопольный телескоп с полем зрения 8 квадратных градусов - камера сверхширокого поля зрения (100 квадратных градусов) - датчик облачности и прозрачности неба Вся система может работать автономно и по Интернет. Датчик облачности позволяет постоянно контролировать выполнение условий для начала наблюдений на телескопах и камерах системы МАСТЕР. Камера сверхширокого поля, кроме регистрации вспышечных явлений, позволяет проводить постоянный прецизионный мониторинг прозрачности небосвода на полях зрения в десятки тысяч градусов за считанные секунды.
К 15 ноября 2009 года на полигоне Тунка под Иркутском установлен телескопы МАСТЕР (рисунок 1.2) и камеры сверхширокого поля зрения (рисунок 1.3).  Рисунок 1.2. Телескоп-робот МАСТЕР под Иркутском (ноябрь, 2009). На монтировке размещен тестовый телескоп диаметром 28 см. На переднем плане большая ПЗС-камера фирмы Апогей (Alta U16M), позволяющая получать изображения на поле 8 квадратных градусов.  Рисунок 1.3. Камера сверхширокого поля установлена на телескопе-роботе МАСТЕР (показана стрелкой). В ноябре 2009 года начаты тестовые наблюдения на полигоне Тунка (под Иркутском). Получены первые снимки звездного неба (рисунок 1.4). Комплексы поставлены в «алертный» режим ожидания информации о гамма-всплесках, получаемой с борта космических обсерваторий. Системы подключены к международному центру наблюдений Gamma-Center-Network (GCN: http://gcn.gsfc.nasa.gov/). Тестовые наблюдения показали готовность систем к ведению алертных и мониторинговых наблюдений.  Рисунок 1.4. «Первый свет» на телескопе МАСТЕР в Тункинской долине. Поле зрения 8 квадратных градусов. Снимок туманности Андромеда с экспозицией 60 сек. сделан 6 ноября 2009 года. 2. Осуществление подключения астрофизического комплекса к интернету для возможности оперативного удаленного контроля состояния установок комплекса и пересылки информации в Иркутск и Москву для обработки В течение октября было осуществлено подключение астрофического комплекса к Интернену. Для подключения был использован абонентский спутниковый терминал HN 7000S фирмы HughesNet. Комплект оборудования включал:
 Рисунок 2.1 Антенна ( слева) и передатчик ( справа) Антенна была смонтирована на стене лабораторного корпуса с южной стороны и ориентирована на спутник связи “ЯМАЛ”, находящийся на геостационарной орбите. Точка стояния спутника – 90 в.д. Скорость обмена данными: 1 Мбит в сек на прием и 0.256 Мбит в сек на передачу. Наличие скоростного Интернета абсолютно необходимо для работы роботизированного телескопа МАСТЕР ( см. главу 1). Для установки Тунка-133 наличие Интернета позволяет:
Объем данных накапливаемы установкой за один ночной сеанс (около 2 Гбайт) в настоящее время превышает возможности нашего канала для оперативной передачи данных. Планируется провести перенастройку системы и поднять скорость передачи в два раза. Это позволит передавать данные для полной обработки в Москву и Иркутск оперативно, а не раз в месяц, как практикуется в настоящее время. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Отчет о научно-исследовательской работе Проведение исследований в области рационального природопользования с использованием уникальных установок | | Отчет о научно-исследовательской работе Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области коллоидной химии и поверхностных явлений |
| Отчет о научно-исследовательской работе Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области коллоидной химии и поверхностных явлений | | Отчет о научно-исследовательской работе Гост 32-2001. Межгосударственный стандарт. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчет о научно-исследовательской... |
| Отчет о научно-исследовательской работе Межгосударственный стандарт (гост 32-2001). Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления (редакция 2005... |  | Общие положения отчет Отчет о научно-исследовательской работе (нир) документ, который содержит систематизированные данные о научно-исследовательской работе,... |
| Отчет о научно-исследовательской работе «Проведение научных исследований,... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего и послевузовского профессионального образования «Всероссийский... | | Реферат Отчет о научно-исследовательской работе состоит Отчет о научно-исследовательской работе состоит из 33 рисунков, 8 разделов, 12 подразделов, 9 формул, 31 источника. Общий объем 48... |
| Отчет о научно-исследовательской работе Земле, обеспечивающих упрощенное интегрирование ресурсов для научных исследований | | Отчет о научно-исследовательской работе Объектом исследований являются крестовины, обработанные электромеханической обработкой (эмо) на различных режимах |
| Основы рационального природопользования: учеб пособие / Е. Р. Магарил.... Природные ресурсы как объект экономики природопользования. Классификация природных ресурсов | | Отчет о научно-исследовательской работе по Государственному контракту... Этап второй: «Выбор направлений исследований и этап предварительных исследований по мембранным коллоидным системам» |
| Отчет по научно-исследовательской работе «Анализ существующего уровня доступности культурного наследия, в том числе с использованием информационно-коммуникационных технологий,... | | Отчет о научно-исследовательской работе «определение доступности... Ключевые слова: отчет, научно-исследовательская работа, заключительный отчет, кинопоказ, доступность, качество, цифровые технологии,... |
| Отчет о научно-исследовательской работе по программе фундаментальных... Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского Отделения Российской академии наук | | Отчет о научно-исследовательской работе Разработка критериев оценки качества очистки внутренних поверхностей трубопроводов систем теплоснабжения жилого фонда г. Красноярска... |
