Отчет о выполненных работах по договору №144-13 от 24. 06 г. (Первый этап)
Скачать 252.18 Kb.
|
1 2
| « Утверждаю» Зам. директора НИИЯФ МГУ Профессор В.И.Саврин 12 декабря 2013 г Отчет о выполненных работах по договору № 144-13 от 24.06 г. (Первый этап) Тема НИР: «Разработка методов восстановления во характеристик широких атмосферных линей ШАЛ для модернизированной установки Тунка-133 и Тунка-HiSCORE и получение новых знаний о космических лучах на основе экспериментальных данных, полученных на этих установках» Руководитель работы д.ф.-м.н. Л.А. Кузьмичев Москва 2013 СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
РЕФЕРАТ Отчёт 24 с., 6 ч., 10 рис., 1 таб. Космические -лучи, СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ ДЕТКТОРЫ, ШИРОКИЙ АТМОСФЕРНЫЙ ЛИВЕНЬ, ЧЕРЕНКОВСКИЙ ДЕТЕКТОР, Источники гамма-излучения Договор в целом посвящен разработке методов восстановления характеристик широких атмосферных линей ШАЛ для модернизированной установки Тунка-133 и Тунка-HiSCORE и получение новых знаний о космических лучах на основе экспериментальных данных, полученных на этих установках. На первом этапе работ по договору были разработаны программы моделирования системы сцинтилляционных детекторов и методы восстановления характеристик ШАЛ при совместной работе сцинтилляционных детекторов и черенковской установки. Проведены расчеты времени наблюдения за гамма-источниками северного полушария. Сотрудники НИИЯФ принимали участие в развертывании и вводе в эксплуатацию сцинтилляционных детекторов и оптических станций гамма-телескопа. Содержание
1.Введение. Развитие экспериментального комплекса в Тункинской долине (республика Бурятия) на основе черенковской установки ШАЛ Тунка-133 позволит в ближайшие годы получить результаты, представляющие интерес как для астрофизики высоких энергий, так и для физики элементарных частиц. Для исследования потока гамма-квантов от известных локальных источников и поиска новых источников начаты работы по созданию широкоугольной черенковской обсерватории Тунка-HiSCORE.Существенной чертой нового проекта является объединение в одной установке детекторов различных типов: широкоугольных черенковских детекторов (non-image technique), узкоугольных черенковских детекторов с матрицей фотоприемников (image technique) и мюонных детекторов. Кроме своей главной задачи (поиск и изучение локальных источников гамма-квантов), установка позволит исследовать поглощение гамма-квантов на фоновом излучении (инфракрасном и микроволновом), осуществлять поиск фотон-аксионных переходов. В рамках проекта предполагается создать первую очередь гамма-обсерватории – установку площадью 1 км^2, дополненную опытными узкоугольными черенковскими и мюонными детекторами. Договор в целом посвящен разработке методов восстановления характеристик широких атмосферных линей ШАЛ для модернизированной установки Тунка-133 и Тунка-HiSCORE и получение новых знаний о космических лучах на основе экспериментальных данных, полученных на этих установках. На первом этапе работ по договору были разработаны программы моделирования системы сцинтилляционных детекторов и методы восстановления характеристик ШАЛ при совместной работе сцинтилляционных детекторов и черенковской установки. Проведены расчеты времени наблюдения за гамма-источниками северного полушария. Сотрудники НИИЯФ МГУ принимали участие в развертывании и вводе в эксплуатацию сцинтилляционных детекторов и оптических станций гамма-телескопа. 2. Разработка программы моделирования системы сцинтилляционных детекторов Сцинтилляционный комплекс установки Tunka-133 будет включать в себя основные сцинтилляционные детекторы электронов площадью 8 м2 каждый, и детекторы мюонов площадью 5 м2, каждый из которых будет расположен в непосредственной близости от соответствующего детектора электронов. При определении размеров и конфигурации будущей сцинтилляционной части комплексной установки за основу была взята геометрия расположенной на площади 3 км2 действующей установки Tunka-133, состоящей из 175 черенковских детекторов, объединённых в 19 внутренних и 6 внешних кластеров, по 7 детекторов в каждом .  Рис.2.1 Расположение сцинтилляционных детекторов Сцинтилляционные детекторы устанавливаются в специальных контейнерах на расстоянии не более 30 метров от центров внутренних кластеров (рис.2.1). Подобная геометрия позволит восстанавливать положение оси и направление прихода ливня с достаточной точностью. Каждый отдельный сцинтилляционный детектор электронов состоит из 12 сцинтилляционных счетчиков площадью по 0.64 кв.м, каждый мюонный сцинтилляционный детектор – из 8 таких же сцинтилляционных счетчиков, установленных под землей на глубине 1 м Для оценки эффективности работы сцинтилляционного комплекса и расчёта его основных характеристик было разработано программное обеспечение, позволяющее моделировать работу установки и обрабатывать «зарегистрированные» события. При моделировании регистрации события ШАЛ сцинтилляционным комплексом производился розыгрыш таких параметров ливня, как координаты положения оси ливня в плоскости установки  и  , зенитный  и азимутальный  углы прихода, энергия первичной частицы Е0, параметры ФПР электронов и мюонов, полное число электронов и мюонов - Ne и Nµ.Событие ШАЛ считалось зарегистрированным при срабатывании не менее 3 электронных детекторов. Порог регистрации каждого отдельного сцинтилляционного счетчика – 1 частица. Электронный детектор в программе рассматривался состоящим из двух половинок. Первая содержала все четные (6 штук), а вторая – все нечетные (6 штук) сцинтилляционные счетчики. Детектор считался сработавшим, если при срабатывании одного из четных сцинтилляционных счетчиков, происходило срабатывание не менее 1 нечетного счетчика. В результате порог регистрации электронного детектора составил не менее 2 частиц. Мюонный детектор в программе рассматривался как единое целое и считался сработавшим, если срабатывал любой из его внутренних сцинтилляционных счетчиков. Таким образом, порог регистрации мюонных детекторов - не менее 1 частицы. Розыгрыш и восстановление событий проводились на основе анализа искусственных ливней, полученных в программе Aires (Air shower Extended Simulations). Программа Aires представляет собой ряд монте-карловских программ и подпрограмм, предназначенных для изучения развития ШАЛ, образованных первичными частицами с энергией до 1020 эВ при их взаимодействии с атмосферой Земли . Гораздо чаще при проведении подобных расчетов используется пакет CORSIKA, однако по сравнению с ним преимуществом Aires является простота и скорость, а различие в результатах, составляющее не более нескольких процентов, на стадии оценок не представляется существенным. При работе с программой Aires розыгрыш ШАЛ проводился для 6-ти энергий первичной частицы: lg (E0 / 1 эВ) = 16, 16.3, 16.7, 17, 17.3, 17.7. для первичного протона и первичного ядра железа; вертикальный угол прихода  (рис.2.2).Было разыграно по 100 событий для каждого отдельного случая. Кроме того в низких энергиях был проведён дополнительный розыгрыш ливней по трем значениям энергии первичной частицы: lg (E0 / 1 эВ) = 15, 15.3, 15.7 (по 500 событий для каждого из значений энергии) для первичного протона и первичного ядра железа. Пороговая энергия мюонов была выбрана 0.5 ГэВ, что соответствует примерно 1 м слоя земли над детектором. Для описания адронных взаимодействий при сверхвысоких энергиях использовалась модель QGSJET. Параметры атмосферы соответствовали условиям в Тункинской долине.  Рис. 2.2, Зависимость полного числа частиц ШАЛ от энергии первичной частицы результате анализа данных Aires были получены в диапазоне энергий 1016 - 1018 эВ зависимости полного числа электронов  и полного числа мюонов  от энергии первичной частицы для всех применявшихся в расчете энергий, зенитных углов и первичных частиц. В предположении равного состава протонов и ядер железа в ПКЛ, усредненные по всем зенитным углам и описываются степенным законом : N  e (Е0) ~ E01.14, σ(Ne/Ne) = 0,37 (2.1)N µ (Е0) ~ E00.96, σ(Nµ/Nµ) = 0,2 (2.2)Стандартные ошибки в определении значений степени в указанных формулах не превосходят 0.004. Полученные в Aires зависимости и были использованы в программах розыгрыша и восстановления событий ШАЛ при переходе от энергии первичной частицы к полному числу электронов и мюонов в ШАЛ. При моделировании параметров ШАЛ был заложен 1% безмюонных ( ) ливней для последующего анализа на предмет выявления ливней от гамма-квантов сверхвысоких энергий.Процедура «регистрации» события ШАЛ проводилась в несколько этапов. На первом шаге моделировалась энергия первичных частиц по степенному спектру, с одним изломом при энергии 3∙1015 эВ . Заданный при моделировании дифференциальный энергетический спектр первичных космических лучей (ПКЛ) имеет вид I(E0) ~ E0-(γ+1). Показатель γ = 1.5 при Е0 ≤ 2·1015 эВ и γ = 2 после излома. Существующие экспериментальные данные показывают, что при энергии ~1017 эВ излом в парциальных энергетических спектрах, входящих в состав ПКЛ, достигается уже и для железа, однако показатель спектра всех частиц сохраняет в области 1017 – 1018 эВ примерно то же значение, что и при энергиях 1017 – 1018 эВ (γ +1 ≈ 3). Далее моделировалось направление прихода первичной частицы. Азимутальный угол разыгрывался равномерно от 0 до 360 градусов. Зенитный угол  . Угловое распределение по зенитному углу связано с поглощением числа частиц в атмосфере в зависимости от направления прихода первичной частицы. Так как пока на расчеты не накладывалось требование черезмерной точности измерений, то данное распределение уместно представить именно как , где n = 8 соответствует уровню моря. В следующем по точности приближении распределение по зенитному углу - более сложная функция, с другим показателем степени.Положение оси ливня моделировалось в плоскости установки равномерно в площади квадрата: 500 +500 м по оси X и по оси Y. Начало координат в центре установки. Затем с использованием результатов работы с программой Aires моделировалось полное число электронов и полное число мюонов в ШАЛ. Полное число электронов в каждом индивидуальном ливне разыгрывалось по распределению Гаусса, со средним значением, соответствующим Ne, полученному из E0 по формуле (2.1), и средним квадратичным разбросом 0.37, отражающим флуктуацию полного числа электронов в рассматриваемом диапазоне энергий. Полное число мюонов также разыгрывалось по нормальному распределению, со средним значением, соответствующим Nµ, полученным из E0 по формуле (2), и средним квадратичным отклонением 0.2. В качестве ФПР электронов была выбрана экспериментальная эмпирическая функция c параметром  , зависящим от расстояния: ,где  м,  , параметр s* разыгрывался по распределению Гаусса от минимального значения 0.3 до максимального 1.8, со средним значением 1.1 и средним квадратичным отклонением 0.1. При аппроксимации данной функцией ФПР электронов, рассчитанных в программе Aires, было ещё раз подтверждено, что функция такого вида наилучшим образом описывает пространственное распределение электронов в ШАЛ.В качестве ФПР мюонов была выбрана функция Грейзена, полученная аппроксимацией ФПР, взятой из данных анализа результатов работы программы Aires в виде:  ,где  = 180,  = 0.61 и параметр  варьируется со средним значением 2.6 и среднеквадратичным разбросом 0.3, Cnorm – нормировочный множитель такой, что Параметры s и b в ФПР электронов и мюонов определяют возраст ШАЛ и растут по мере развития ливня в атмосфере. Далее происходило моделирование числа частиц, попавшего в детекторы установки. Мюонный детектор рассматривался как единое целое. Число частиц, попавших в каждый отдельный детектор, разыгрывалось по закону Пуассона  , (2.3)при (ρσ) ≤ 25, либо по нормальному распределению при (ρσ) > 25, где m – зарегистрированное число частиц в мюонном детекторе, ρ - плотность числа мюонов на 1 м2, σ - площадь детектора. При этом в расчете использовалась полная площадь мюонного детектора, скорректированная на вертикальный угол прихода: σ = s·cosθ. При работе с основными детекторами электронов первоначально разыгрывалось число частиц, попавших в каждый локальный сцинтилляционный счетчик. Принималось, что распределение числа частиц в счетчике подчиняется закону Пуассона при (ρσ) ≤ 25, либо распределению Гаусса при (ρσ) > 25, при этом учитывалось сокращение площади детектора, связанное с углом  .После моделирования числа частиц в каждом детекторе разыгрывались задержки относительно плоского фронта ШАЛ с учётом крутизны фронта, которая зависит от числа частиц, и точности определения задержки в системе кабель+электроника. Величина геометрической задержки при «реальном» срабатывании для каждого отдельного сцинтилляционного счетчика разыгрывался по распределению Гаусса с средним значением: τgeom_i,k = (cosφ∙sinθ∙xi,k + sinφ∙sinθ∙yi,k + cosθ∙zi,k)/0.3, где i = 1,…,19 – номер детектора , k = 1,…,12 – номер локального сцинтилляционного счетчика, и средним квадратичным отклонением, равным 10 нс. Полученное значение задержки использовалось в качестве среднего при учете «гуляния» длин кабелей по нормальному распределению, с σ = 10 нс. В качестве задержки детектора электронов в целом выбиралась минимальная задержка из всех задержек отдельных сцинтилляционных счетчиков. Далее происходил розыгрыш случайных совпадений для детекторов электронов и детекторов мюонов с учётом среднего темпа счёта детектора и заданного временного окна для регистрации ШАЛ. В случае если детектор сработал случайно, ему приписывалось число попавших в него частиц равное 1, и задержка для этого детектора разыгрывалась равномерно в пределах временного окна. Характерное для детекторов будущей сцинтилляционной установки временное окно составляет 3000 нс, средний темп счета электронных детекторов – 1800 событий в секунду, мюонных детекторов – 200 событий в секунду. Событие ШАЛ считалось «зарегистрированным», если происходило срабатывание не менее 3 основных детекторов электронов. По итогам моделирования формировались файлы выходных данных о зарегистрированных ШАЛ, которые, в последствие, восстанавливались с помощью программы обработки событий. |
1 2
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Публичный отчёт о результатах деятельности моу «сош №11» г. Братска в 2011-2012 уч году Коллективом отработаны следующие этапы: 1-й, Теоретический (2008-2009 г.),2-й, Первый опыт освоения темы (2009-10г.); 3-й этап, Практическая... |  | Конкурс состоял из 4-ёх этапов. Первый этап Н. С. провела в 4-а классе Алырёва Г. В провела урок технологии в 5-б классе. Третий этап «Самооценка урока». Четвёртый этап «Педагогическая... |
| Техническое задание к Договору (Приложение №3 к Договору) принять... Стороны, заключили настоящее Дополнительное соглашение к договору №1980113/0065Д от на выполнение работы: «Интегрированный проект... | | Отчет о проведенных работах по очистке данных Отчет 24 страницы без учета приложений, 2 таблицы, 4 рисунка, 1 приложение (в электронном виде в отдельных файлах) |
| Методические рекомендации по составлению отчета о выполненной работе общие положения Настоящие методические рекомендации устанавливают требования к структуре и правилам оформления отчетов о выполненных работах в рамках... | | Пояснительная записка Первый и второй год обучения спортивным бальным... Первый и второй год обучения спортивным бальным танцам соответствует программе «Шесть ступеней мастерства». Эта программа представляет... |
| Научно-технический отчет по договору №72-08 итоговый Проведение экспериментальных исследований влияния набегающего потока атомарного кислорода | | План мероприятия: 5-6 классы викторины (1 этап), конкурс рисунков... Квест, посвященный 70-летию освобождения территоррии СССР от немецких захватчиков в 1944 году |
| TheBioTime ’ s Конкурс будет проходить в несколько этапов в декабре. Первый это, конечно же, Кастинг, а если вы прошли первый этап, то затем выбирайте... | | Конференция проводится в два этапа. Первый этап в образовательных... Областной научно-практической конференции, посвящённой 300-летию со дня рождения М. В. Ломоносова («Ломоносовские чтения») |
| Отчет по договору о разработке «Программы улучшения инвестиционного... Директор Департамента по взаимодействию с регионами Фонда «Центр стратегических разработок» | | Отчет о научно-исследовательской работе по Государственному контракту... Этап второй: «Выбор направлений исследований и этап предварительных исследований по мембранным коллоидным системам» |
| Теоретический урок-конкурс с элементами производственного обучения мдк 01. 01 Аннотация к уроку: Данный урок проходит в виде конкурса среди учащихся одной группа. Урок проводят в два этапа: первый этап проводят... | | Отчет по договору №12. 741. 36. 0007 от 27 января 2011 г. О финансировании программы развития Реализация программы развития государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования |
| Уступка права требования по договору участия в долевом строительстве Сегодня рынок недвижимости предлагает множество вариантов приобретения жилья. Один из них – переуступка права и обязанностей (цессия)... | | В настоящее время завершён первый этап программы «Развитие государственной... В настоящее время завершён первый этап программы «Развитие государственной гражданской службы Республики Хакасия (2009 2013 годы)»,... |
