Глубина максимума ШАЛ по данным эксперимента Тунка тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.23, кандидат физико-математических наук Коростелева, Елена Евгеньевна

• Коростелева, Елена Евгеньевна
• кандидат физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Коростелева, Елена Евгеньевна

Введение

1 Экспериментальная установка

1.1 Базовая установка "Тунка-25".

1.2 Электроника базовой установки

1.3 Оптический детектор для измерения формы импульса.

1.4 Электроника детекторов формы импульса

1.5 Программное обеспечение установки детекторов формы импульсов 2 Теоретические основы обработки данных

2.1 Постановка задачи моделирования ШАЛ.

2.2 Описание пакета CORSIKA.

2.3 Моделирование ШАЛ.

2.4 Оптирование пространственного распределения черепковского света ШАЛ.

2.5 Определение энергии первичной частицы.

2.6 Восстановление глубины максимума ливня по крутизне функции пространственного распределения ливня. 2.7 Определение параметров импульса.

2.8 Восстановление' глубины максимума ливня по длительности черенковского импульса.

3 Обработка данных эксперимента "Тунка"

3.1 Контроль работы детекторов установки

Тунка-25".

3.2 Спектры плотностей черепковских вспышек света.

3.2.1 Квантовая эффективность КВАЗАРов.

3.2.2 Первичная калибровка детекторов.

3.2.3 Коэффициент усиления канала.

Диапазон регистрируемых амплитуд.

3.3 Энергетическая калибровка установки.

3.4 Калибровка временных показаний детекторов

3.5 Программа восстановления параметров ШАЛ

3.6 Стабильность работы детекторов формы. Восстановление параметров импульса черенковского света ШАЛ.

4 Моделирование эксперимента

4.1 Моделирование эксперимента "Тунка-25"

4.2 Модель атмосферы.

4.3 Учет систематических искажений формы импульса.

4.4 Моделирование работы детекторов формы импульсов

5 Результаты эксперимента и их обсуждение

5.1 Условия проведения эксперимента.

5.2 Сопоставление событий установок

Тунка-25" и ДФИ.

5.3 Отбор событий ШАЛ по данным основной установки "Тунка-25".

5.4 Отбор ШАЛ для анализа формы импульса.

5.5 Сравнение оценок глубины максимума ШАЛ, полученных с помощью двух разных методов.

5.6 Экспериментальная глубина максимума ШАЛ.

5.7 Сравнение результатов с экспериментальными данными других авторов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Глубина максимума ШАЛ по данным эксперимента Тунка»

История исследования космических лучей насчитывает, без малого, сто лет. Начатые в 1912 году с помощью очень простых инструментов, измерения потоков космических частиц получили развитие в сегодняшних экспериментах с использованием современных детекторов частиц на Земле, в верхних слоях атмосферы и в космическом пространстве.

Многие свойства космических частиц были выяснены с помощью этих экспериментов, но происхождение первичного космического излучения до сих пор остается, во многом, не ясным. Заряженные частицы отклоняются нерегулярными галактическими магнитными полями так, что становится невозможным определить направление прихода частиц и идентифицировать их источник. Однако, измерение энергетического спектра и массового состава космических частиц позволяет делать заключения об их происхождении.

Космическое излучение, наблюдаемое у Земли, составляет существенную часть энергетического баланса Галактики, имея среднюю плотность энергии 1 эВ/см3, сравнимую с плотностью энергии света звезд, магнитных полей Галактики и межзвездного газа. Значительную долю космического излучения составляют заряженные ядра различных химических элементов от протонов до ядер сверхтяжелых элементов с Z ~ 90, имеющие существенно нетепловое, степенное распределение по энергии 1(E) ~ Е~2-7, в колоссальном диапазоне от МэВ-ных энергий до Ю20 эВ.

Еще в 50-е годы на установке по изучению широких атмосферных ливней Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова было обнаружено изменение индекса энергетического спектра космического излучения от —2.7 до —3.1 при энергии около 3 • Ю10 эВ. Этот излом в спектре получил название "колено" [1]. При самых высоких энергиях 3 • 1018 — 1019 эВ наблюдается некоторое уположение спектра, что было названо "лодыжкой". Считается, что до "лодыжки" космические лучи имеют Галактическое происхождение, а за ней - внегалактическое.

Существенная общая особенность как процессов ускорения частиц, так и процессов их распространения в магнитных полях - зависимость от магнитной жесткости p/Z (импульс на единицу заряда). Эта зависимость приводит к тому, что каков бы ни был механизм ограничения спектра космических лучей, проявляющийся в виде "колена", выше области "колена" ожидается увеличение вклада тяжелых ядер с ростом энергии. Это предсказание убедительно подтверждено данными как настоящей работы, так и установок EAS-TOP [2], KASCADE [3], МГУ [4] и SPASE/AMANDA [5].

Массовый состав космических лучей и энергетические спектры различных компонент были изучены прямыми методами измерений потоков первичного космического излучения на воздушных шарах и спутниках Земли до энергий приблизительно 1014 эВ [6], [7], [8], [9].

Исследование энергетического спектра и массового состава космических лучей с энергией выше 101а до сих пор возможно только с помощью регистрации широких атмосферных ливней (ШАЛ), производимых первичной частицей в атмосфере Земли. При этом массовый состав может измеряться лишь в среднем, т.к. связь массы первичной частицы и измеряемых параметров носит вероятностный характер.

Широкий атмосферный ливень представляет собой поток коррелированных по времени частиц и электромагнитного излучения, возникающих в лавинных ядерно-каскадных и электромагнитных процессах. На малых расстояниях от оси ливня частицы ШАЛ образуют плоский диск, радиус которого определяется среднеквадратичным расхождением ливневых частиц за счет кулоновского рассеяния в атмосфере, а толщина возникает из-за разброса в длинах траекторий частиц, приходящих в данное место. Толщина диска растет с удалением от оси ливня. В процессе развития ливня в атмосфере число вторичных частиц увеличивается до глубины, где средняя энергия вторичных частиц равняется критической энергии. Ниже этого уровня число частиц уменьшается приблизительно по экспоненте. Глубина атмосферы, где в каскаде достигается наибольшее число заряженных частиц, называется глубиной максимума ливня Хтах.

Заряженные частицы каскада (это, в основном, электроны и позитроны), обладающие скоростью, превышающей скорость света в атмосфере, излучают черенковский свет, поток которого пропорционален энергии первичной частицы. Черепковское излучение ШАЛ является уникальным инструментом изучения ШАЛ. Регистрация полного потока черепковского света позволяет использовать земную атмосферу как гигантский калориметр для частиц сверхвысоких энергий, а регистрация пространственно-временной структуры вспышки света ШАЛ позволяет судить о продольном развитии электронно-фотонной лавины в атмосфере.

Положение максимума ливня Хтах и его изменение с энергией используется, чтобы оценить средний массовый состав первичных космических лучей. Отметим, что флуктуации Хтах для протонных ливней имеют величину от 60 до 100 г/см2, то есть не на много меньше, чем различие в средней глубине максимума для протона и ядра железа. Эти флуктуации делают идентификацию частиц с использованием Хтах для индивидуальных событий невозможной, и требуют большой статистики для надежного определения средней величины Хтах.

Поело экспериментального обнаружения черепковского излучения ШАЛ [10] начались интенсивные исследования характеристик этого излучения и их связи с параметрами ливней. В работах А.Е.Чудакова [11] была впервые установлена связь между потоком черепковского излучения и энергий, рассеянной ШАЛ над уровнем наблюдения.

В работе Ю.А.Фомина и Г.Б.Христиансена было показано, что на больших расстояниях от оси форма импульса черенковского излучения отражает форму каскадной кривой [12].

В дальнейших работах Н.Н.Калмыкова, В.В.Просина и др. [13] на основе анализа расчетов было показано, что на больших расстояниях от оси ШАЛ длительность импульса на полувысоте однозначно связана с геометрическим расстоянием до максимума развития ливня и не зависит от модели развития ШАЛ. Был разработан метод определения положения максимума индивидуальных ливней по длительности импульса черенковского излучения [14].

Для экспериментального исследования ШАЛ используются два основных метода [15]. Первый метод - создание установок с большим числом детекторов заряженных частиц, разбросанных на большой площади и позволяющих определять плотность потока частиц индивидуального ливня одновременно в нескольких точках плоскости наблюдения. Второй - калориметрический метод - исследование продольного развития ливня путем регистрации черенковского или флуоресцентного света, произведенного частицами ливня в атмосфере.

Исключительно заряженные частицы ШАЛ регистрировались в экспериментах на установках МГУ (Москва) [4], EAS-TOP (Италия) [2], CASA-MIA (США) [16], KASCADE (Германия) [3], Тибет (Китай) [17] и другие. Больший интерес для настоящей работы представляют эксперименты, в которых, кроме заряженных частиц, регистрировался черепковский свет: Самарканд (1980-1985) [18], Якутск (1984-1990) [19],

HEGRA-AIROBICC (Канарские острова, 1990-1997) [20], CACTI (США, 1995) [21], CASA-BLANCA (США, 1998) [22], SPASE-VULCAN (Антарктида, 1997-1999) [5], Лианг-Вонг (Китай, 1991-1993) [23], QUEST (Италия, 1998-2000) [24]. Отметим, что установка "Тунка" представляет новый тип установок, т.к. регистрирует исключительно черепковский свет ШАЛ.

Экспериментально метод определения положения максимума развития индивидуальных ШАЛ по длительности их черенковских импульсов был впервые реализован на Якутской установке ШАЛ (1970-1980г.г.) [25]. Форма импульса черенковского излучения в этом эксперименте регистрировалась с помощью четырех детекторов, расположенных один в центре, а три других симметрично на расстоянии 250 м от центра. Разрешающее время канала регистрации составляло 14 не и 23 не для ФЭУ-65 и ФЭУ-110 соответственно. Импульсы регистрировались с помощью осциллографа и фотографировались на пленку. Регистрация формы импульса осуществлялась независимо от мастера Якутской установки при одновременном срабатывании четырех детекторов формы. Результаты работы подтвердили возможность экспериментального определения положения максимума развития индивидуальных ШАЛ по длительности импульса черенковского излучения, зарегистрированного на больших расстояниях от оси (R > 300 м). Были получены первые данные о средней глубине максимума развития ливней в диапазоне энергий 3 • 1016 - 1018 эВ.

Самаркандская установка [18] имела 19 сцинтилляционных детекторов площадью от 0.5 до 2 м2, 12 интегральных детекторов черенковского света и один детектор формы импульса большой площади. На установке были изучены экспериментальные функции пространственного распределения черенковского света и по длительности импульсов получены оценки глубины максимума для энергий 3 и 5 ПэВ.

Плотная Якутская установка (1985-1990г.г.) [19] содержала 25 сцин-тилляционных детекторов различной площади от 0.25 до 2 м2, 7 интегральных детекторов черепковского света на расстояниях 0, 100 и 250 м от центра и 4 детектора формы импульса, в которых форма регистрировалась в цифровом виде с помощью прибора АФИ-16. Прибор регистрировал 16 точек на импульсе с переменным шагом от 2 до 6 не. Интересной особенностью эксперимента было то, что шаг выбирался в реальном времени по результатам быстрой оценки длительности импульса. В результате были получены оценки глубины максимума для энергии около 1016 эВ, приведенные ниже при описании результатов настоящей работы.

HEGRA [20] - The ^gh-E'nergy Gamma-i?ay Astronomy - комплекс детекторов HEGRA (о. Ла-Пальма, Канарские острова) покрывал область 180 х 180 м2 на высоте 2200 м (790 г/см2). Установка состояла из 243 домиков с пластическими сцинтилляторами площадью 0.96 м2, составляющих на местности сетку с шагом 15 м, и с более плотным шагом 10 м - в центре установки. Совместно с HEGRA работала установка AIROBICC. Установка AIROBICC состояла из 49 фотоумножителей с конусами Уинстона, которые ограничивают телесный угол до 0.835 стер. Детекторы установки AIROBICC располагались в узлах сетки с шагом 30 м. Порог по энергии для первичных протонов - 25 ТэВ и для ядер железа - 80 ТэВ. Были получены энергетический спектр в диапазоне 2 • 1014 — 1016 эВ и зависимость средней глубины максимума от энергии в этом же диапазоне.

CACTI [21] - Эксперимент CYGNUS II Национальной Лаборатории Лос-Аламоса (США) был расположен на высоте 2310 м (780 г/см2) и состоял из 96 сцинтилляционных детекторов, размещенных на площади 6 • 104 м2 и мюоиных датчиков площадью 70 м2 с порогом по энергии 2 ГэВ. Черепковская установка CACTI была расположена в центре установки CYGNUS II и состояла из шести широкоугольных черепковских детекторов. Каждый детектор состоял из 8-дюймовых полусферических фотоумножителей Hamamatsu R1408, установленных в стальных контейнерах с углом обзора 0.31 стер. Энергетический порог установки 0.3 ПэВ. Были получены зависимости средней глубины максимума от энергии в диапазоне 1 — 10 ПэВ.

CASA-BLANCA [22] - The £road LAteral iVon-imaging Cherenkov Лггау - 144 интегральных черенковских детектора. Расположенная на плато Дагвэй в штате Юта, США, (глубина атмосферы 870 г/см2) установка BLANCA использовала триггер установки CASA для регистрации черенковского света ШАЛ и получения пространственного распределения черенковского света от космических частиц в диапазоне энергии около "колена". Порог установки С AS А определял энергетический порог черепковской установки около 100 ТэВ. Однако, при анализе данных BLANCA использовались события с энергией минимум 200 ТэВ, чтобы избежать изменения состава, вызванного влиянием триггера установки CASA. Каждый детектор BLANCA имел большой конус Уинстона, который концентрировал свет с площади 880 cm2 на фотоумножитель площадью 100 см2. Концентратор имел угол раствора 12.5° и длину 60 см, конусы Уинстона были выставлены вертикально с точностью 0.5°. Пространственное распределение черенковского света на расстояниях 30 — 120 м от оси ливня фитировалось экспоненциальной функцией. На расстоянии более 120 м от оси ФПР фитировалась степенной функцией. Ошибка определения энергии для индивидуального ливня - приблизительно 12% для ливней с энергией 200 TeV и 8% для ливней энергий более 5 PeV.

SPASE/VULCAN/AMANDA. Комплексный эксперимент для измерения электронов, мюонов и черенковского света ШАЛ создан на географическом Южном полюсе (688 г/см2). Эксперимент включает в себя: сцинтилляционную установку SPASE-2 [26], 9 черенковских детекторов установки VULCAN [27] и гирлянды мюонных детекторов вмороженных глубоко в лед AMANDA [28]. Одновременные измерения числа электронов, высокоэнергичных (> 500 ГэВ) мюонов и пространственного распределения черепковского света позволяет изучать химический состав первичного излучения относительно независимым от модельных предположений способом. Данные SPASE-2 используются для определения параметров ливня (координат точки падения и углов прихода) с точностью до 4 м и 1° при энергии 1 ПэВ. Регистрация черенковского света ШАЛ, проведенная в течение 1997-1998 годов, позволила получить данные о средней глубине максимума ливней в области энергий более 1 ПэВ.

Установка ШАЛ на горе Лианг-Вонг (Китай) [23] - Еще одна черен-ковская установка была создана на горе Liang Wang (24.7 N, 102.9 Е, 2720 м над уровнем моря) близь г. Куньмина, Китай, где местный климат является подходящим для наблюдения черенковского света. Установка состояла из 37 сцинтилляторов для измерения плотности потоков частиц в ливне и времени прихода ливня. Черенковские детекторы - фотоумножители, непосредственно осматривали небо с углом обзора 45°. Кроме этого, под землей на глубине 4 м был размещен детектор для регистрации мюонов с энергией Ец >= 2.5 ГэВ. Из измеренных пространственного распределения черенковского света и плотности электронов Ne вычислялось положение оси ливня, возраст ливня и глубина максимума ливня. Точность определения положения оси ливня - 3 метра. Пространственное распределение черенковского света фитировалось экспоненциальной функцией на расстоянии 40 — 140 метров. Данные указывают, что интенсивность черенковского света на расстоянии 100 метров от оси пропорциональна первичной энергии, независимо от типа первичной частицы.

QUEST [24] - Этот эксперимент был проведен в Италии на установке EAS-TOP при участии сотрудников нашего института, в том числе, и автора настоящей работы. Основной задачей этого эксперимента было получение абсолютной энергетической калибровки черепковского эксперимента "Тунка". С этой целью на установке EAS-TOP были смонтированы 5 детекторов черенковского света, полностью аналогичных детекторам установки "Тунка", и образующих собственную автономную черепковскую мини-установку с расстоянием между детекторами около 100 м. Регистрирующая электроника была полностью аналогична электронике установки "Тунка".

Регистрация ливней проводилась автономно, а сопоставление с событиями сцинтилляционной установки EAS-TOP проводилось по времени регистрации с точностью 1 мс. Параметры ливней, такие, как направление прихода и положение оси, определялись по данным сцинтилляционной установки, поэтому была возможность изучить детальную форму функции пространственного распределения черенковского света. Сравнением расчетов со средними экспериментальными ФПР было обосновано применение для обработки Тункинских данных новой фитирую-щей функции, гораздо точнее описывающей поведение ФПР на малых (до 100 м) расстояниях от оси. Из совместного анализа черенковских и сцинтилляционных данных разработан метод определения энергии первичной частицы, не зависящий ни от предполагаемой модели взаимодействия, ни от массового состава первичного космического излучения. Пользуясь этим методом, получена оценка эталонной интегральной интенсивности космических лучей с энергией более 3 • 1015 эВ. Использование этой эталонной точки для абсолютной калибровки результатов Тункинской установки обсуждается в третьей главе настоящей работы.

Целью настоящей работы является изучение глубины максимума развития ливня в диапазоне энергий Ю10 —1017 эВ путем регистрации интетральных и дифференциальных но времени потоков черенковского излучении ШАЛ. Для решении этой задачи была использована установка "Тунка-25" с добавленными к ней детекторами формы импульсов (ДФИ) черенковского света ШАЛ. Установка расположена на высоте 675 метров над уровнем моря, в Тункинской долине в Бурятии. Отсутствие промышленных предприятий, загрязняющих атмосферу, создает благоприятные условия для измерения черенковского излучения ШАЛ. Погодные условия позволяют проводить измерения с октября по апрель следующего года. Установка позволяет регистрировать потоки черенковского излучения в индивидуальных ливнях. Большое количество интегральных детекторов позволяет с большой точностью лоцировать положение оси ливня и изучать пространственное распределение черенковского света на расстояниях до 350 метров. В 2000 году установка была дополнена четырьмя детекторами для измерения формы импульса черенковского света. Это позволяет определять глубину максимума развития ливня двумя различными методиками: по форме функции пространственного распределения и по измеренным длительностям импульсов черенковского света на больших расстояниях от оси ШАЛ.

Представленная работа состоит из введения с обзором литературных данных, 5-и глав и заключения.

Во введении представлен обзор литературы, характеризующий современное состояние исследований первичных космических лучей (ПКЛ) в области энергий 1015 — 1017 эВ, и, в частности, глубины максимума развития ШАЛ по черепковскому свету. Представлены методы регистрации ПКЛ, приведены описания работы и методик обработки данных некоторых современных установок для изучения черенковского света ШАЛ. Формулируются задачи настоящей работы.

В первой главе приведено описание комплексной установки "Тун-ка", предназначенной для исследования космических лучей в диапазоне энергий 1015 — 101' эВ, путем регистрации черенковского света ШАЛ.

Вторая глава посвящена вопросам моделирования черенковского света ШАЛ с помощью программы CORSIKA и восстановления параметров первичной частицы из данных о пространственном распределении черенковского света ШАЛ и длительности импульсов черенковского света.

В третьей главе описывается методика обработки данных установок "Тунка-25" и ДФИ. Описана процедура первичной обработки экспериментальных данных, приведена методика амплитудной и временной калибровок данных основной установки. Описана методика определения основных параметров ливней (координат оси и направления прихода ливня, крутизны ФПР и энергии ливня) по показаниям интегральных черепковских детекторов. Приведена процедура восстановления формы импульса черенковского света ШАЛ из данных, зарегистрированных детекторами формы импульса.

Четвертая глава посвящена моделированию работы установки. Проанализированы возможные ошибки экспериментальных результатов, связанные как с ошибками отдельных измерений, так и с работой аппаратуры.

В пятой главе показаны результаты эксперимента, проводившегося в 2000-2003 годах. Описаны критерии отбора событий. Приведены экспериментальные данные о средней глубине максимума Хтах развития ШАЛ при энергиях 1015 — 1017 эВ, полученные с помощью двух различных методик. Результаты сравниваются с данными других экспериментов.

В заключении приводятся основные результаты диссертационной работы.

На защиту выносятся:

1. Использование нового вида функции, фитирующей пространственное распределение черепковского света, для восстановления положения оси и энергии ШАЛ, полученной из моделирования ШАЛ по программе CORSIKA.

2. Использование нового вида функции, фитирующей форму импульса черепковского света ШАЛ, для определения параметров импульса черепковского излучения.

3. Расчетная зависимость между крутизной функции пространственного распределения черенковского света и расстоянием до максимума ШАЛ.

4. Расчетная зависимость между длительностью импульса черенковского света на большом расстоянии от оси и относительным положением максимума ШАЛ.

5. Методика контроля стабильности работы информационных каналов и калибровки установки по самим зарегистрированным экспериментальным данным.

6. Результаты расчетов по моделированию работы установки, позволяющие оценить роль систематических искажений и случайных ошибок в определении энергии и глубины максимума развития ШАЛ.

7. Экспериментальное значение средней глубины максимума развития ШАЛ и зависимость глубины максимума ШАЛ от энергии первичной частицы в диапазоне Ю10 — 1017 эВ.

8. Экспериментальная оценка точности измерения средней глубины максимума ШАЛ из сравнения глубин максимума, полученных одновременно двумя независимыми методами по крутизне функции пространственного распределения черенковского света и по длительности импульса на большом расстоянии от оси в одних и тех же событиях.

Основные результаты работы докладывались на 26-й (Дубна, 2000), 27-й (Москва, 2002) и 28-й (Москва, 2004) Всероссийских конференциях но космическим лучам, на 17-м (Польша, Лодзь, 2000), 18-м (Россия, Москва, 2002) и 19-м (Италия, Флоренция, 2004) Европейских симпозиумах по космическим лучам, на 27-й (Германия, Гамбург, 2001) и 28-й (Япония, Тзукуба, 2003) Международных конференциях по космическим лучам, на семинарах в НИИЯФ МГУ, Туринском университете (Италия), Институте ДЭЗИ-Цойтен (Германия), Центре ядерных исследований в Карлсруэ (Германия).

По материалам диссертации опубликовано 13 работ.

Заключение диссертации по теме «Физика высоких энергий», Коростелева, Елена Евгеньевна

Основные результаты по теме диссертации опубликованы в следующих работах:

1) О.А. Гресс, Т.П. Гресс, Е.Е. Коростелева, Л.А. Кузьмичев, Б.К. Лубсандоржиев, Л.В. Паньков, Ю.В. Парфенов, П.Г. Похил, В.В. Про-син, Ю.А. Семеней. Излом в спектре ПКИ по данным черенковского эксперимента Тунка-13. // Известия РАН, сер. физ., 2001, т.65, N.8, с.1230-1232.

2) Р.В. Васильев, О.А. Гресс, Е.Е. Коростелева, Л.А. Кузьмичев, Б.К. Лубсандоржиев, А.И. Панфилов, Л.В. Паньков, Ю.В. Парфенов, П.Г. Похил, В.В. Просин, Ю.А. Семеней, Д.В. Чернов, Т. Шмидт, К. Шпиринг, И.В. Яшин. Измерение формы импульса черенковского света ШАЛ на установке Тунка. // Известия РАН, сер. физ., 2001, т.65, N.11, с. 1640-1642.

3) N.N. Budriev, D.V. Chernov, V.I. Calkin, O.A. Gress, T.I. Cress, E.E. Korosteleva, L.A. Kuzmichev, B.K. Lubsandorzhiev, L.V. Pan'kov, Yu.V. Parfenov, P.G. Pohil, V.V. Prosin, Yu.A. Semeney, I.V. Yashin. Turika EAS Cherenkov Array - Status 2001. // Proc. of 27th International Cosmic Ray Conference, 2001, Hamburg, Germany, v.2, p.581-584.

4) EAS-TOP Collaboration, E.E. Korosteleva, L.A. Kuzmichev, V.V.

• Prosin, B.K. Lubsandorzhiev. QUEST: Wide Angle Cherenkov Ligth Measurement at EAS-TOP. // Proc. of 27th International Cosmic Ray Conference, 2001, Hamburg, Germany, v.l, p.226.

5) O.A. Gress, T.I. Gress, E.E. Korosteleva, L.A. Kuzmichev, B.K. Lubsandorzhiev, L.V. Pan'kov, Yu.V. Parfenov, P.G. Pohil, V.V. Prosin, Yu.A. Semeney. Primary Cosmic Rays Energy Spectrum and Mass Composition Around the "Knee" with Tunka-13 EAS Cherenkov Array. // Proc. of 27th International Cosmic Ray Conference, 2001, Hamburg, Germany, v.l, p.62.

• 6) H.M. Буднев, Д.В. Чернов, O.A. Гресс, Т.Н. Гресс, E.E. Коростеле-ва, JI.A. Кузьмичев, Б.К. Лубсандоржиев, А.И. Панфилов, Л.В. Пань-ков, Ю.В. Парфенов, П.Г. Похил, В.В. Просии, Т. Шмидт, К. Шпиринг, Ю.А. Семеней, Р.В. Васильев, И.В. Яшин. Энергетический спектр первичных космических лучей вокруг "колена" по данным черепковской установки ШАЛ ТУНКА-25. // Известия РАН, сер. физ., 2002, т.66, N.11, с.1563-1565.

7) E.E. Korosteleva, L.A. Kuzmichev, V.V. Prosin and EAS-TOP Collaboration. Later al Distribution Function of EAS Cerencov Light: Experiment QUEST and CORSIKA Simulat ion. // Proc. of 28th International Cosmic Ray Conference, 2003, Tsukuba, Japan, v.l, p.89-92.

8) D. Chernov, E. Korosteleva, L. Kuzmichev, V. Prosin, I. Yashin, N. Budriev, O. Gress, T. Gress, L. Pan'kov, Yu. Parfenov, Yu. Semeney, B. Lubsandorzhiev, P. Pohil, T. Schmidt, C. Spiering, R. Wischnewski.

Ф Primary Energy Spectrum and Mass Composition Determined with the

Tunka EAS Chererikov Array. // Astro-ph/0411139, 2004.

9) E. Korosteleva, L. Kuzmichev, V. Prosin, B. Lubsaridorzhiev, Eas-Top Collaboration. Primary Energy Measurement with EAS Chererikov Light: Experiment QUEST and CORSIKA Simulation. // Astro-ph/0411216, 2004.

10) D. Chernov, N. Kalmykov, E. Korosteleva, L. Kuzmichev, V. Prosin, M. Panasyuk, A. Shirokov, I. Yashin, N. Budnev, O. Gress, L. Pan'kov, Yu. Parfenov, Yu. Semeney, B. Lubsaridorzhiev, P. Pohil, V. Ptuskin, Ch. Spiering, R. Wischnewski, G. Navarra. The Tunka Experiment: Towards a 1-km2 Cherenkov EAS Array in the Tunka Valley. // Astro-ph/0411218, 2004.

11) E.E. Коростелева, JT.А. Кузьмичев, В.В. Просин, Д.В. Чернов, И.В. Яшин. Детекторы для регистрации черенковского света на больших расстояниях от оси ШАЛ. // Препринт НИИЯФ МГУ - 2004-3/742.

12) Е.Е. Коростелева, Л.А. Кузьмичев, В.В. Просин, Д.В. Чернов, И.В. Яшин, Н.М. Буднев, О.А. Гресс, Т.П. Гресс, Л.В. Паньков, Ю.В. Парфенов, Ю.А. Семеней, Р.В. Васильев, Б.К. Лубсандоржиев, А.И. Пафилов, П.Г. Похил, Т. Шмидт, К. Шпиринг. Энергетический спектр и массовый состав первичных космических лучей по данным черепковской установки ШАЛ Тунка. // Препринт НИИЯФ МГУ - 2004-2/741.

13) Е.Е. Коростелева, Л.А. Кузьмичев, В.В. Просин, Д.В. Чернов, И.В. Яшин, О.А. Гресс, Л.В. Паньков, Ю.В. Парфенов, Р.В. Васильев, Б.К. Лубсандоржиев, А.И. Пафилов, К. Шпиринг, Т. Шмидт. Методика измерения формы импульса черенковского света ШАЛ на установке Тунка. // Препринт НИИЯФ МГУ - 2004-1/740.

В заключение, выражаю глубокую благодарность моим научным руководителям: Л.А. Кузьмичеву, приложившему много сил для создания установки "Тунка" и В.В. Просину, принимавшему непосредственное участие в реализации теоретического обоснования методов обработки и оказавшего большую помощь при анализе экспериментальных данных.

Хочу поблагодарить Д.В. Чернова, разработавшего электронную часть для детекторов формы импульса, за сотрудничество и помощь.

Следует поблагодарить всех сотрудников НИИ Прикладной физики Иркутского государственного университета, оказавших всестороннюю помощь в создании и проведении эксперимента "Тунка": Ю.В. Парфенова Н.М. Буднева, JI.B. Панькова, Ю.А. Семенея, Е.И. Вакульского. Особая благодарность - О.А. Грессу - за обеспечение работы установки в нелегких погодных условиях сибирской зимы.

Хочу особо поблагодарить Р.А. Антонова, моего первого научного руководителя, за веру в меня и огромную моральную поддержку, оказанную в процессе подготовки диссертации.

Автор благодарит Е.Г. Попову, Е.А. Осипову, А.Я. Варковицкую, Т.М. Роганову и всех сотрудников отдела измерений и вычислительных методов НИИЯФ МГУ за ценные советы в работе над диссертацией и доброжелательное отношение.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Коростелева, Елена Евгеньевна, 2005 год

1. Христиансен Г.Б., Куликов Г.В., Фомин Ю.А. Космическое излучение сверхвысоких энергий. — М.: Атомиздат, 1975.

2. Valchierotti S. and EAS-TOP Collaboration. The Cosmic Ray Primary Composition in the Knee Region Throuch the EAS Electromagnetic and Muon Measurements at EAS-TOP. // Proc. of 28th Int. Cosmic Ray Conf. (Tsukuba, Япония), 2003, v.l, p.151-154.

3. Roth M. et al. Energy Spectrum and Elemental Composition in the PeV Region. // Proc. of 28th Int. Cosmic Ray Conf. (Tsukuba, Япония), 2003, v.l, p. 139-142.

4. Вишневская E.A. и др. Энергетический спектр космических лучей из анализа электронной, мюонной и черенковской компонент широких атмосферных ливней. // Известия РАН, сер. физ., 2002, т.66, вып.11, с.1566-1569.

5. Rawlins К. et al. Measurement of the Cosmic Ray Composition at the Knee with the SPASE-2/AMANDA-B10 Detectors. // Proc. of 28th Int. Cosmic Ray Conf. (Tsukuba, Япония), 2003, v.l, p. 173-176.

6. Ivanenko LP. et al. Energy spectra of various cosmic ray components at energies higher than 2-TeV measured by apparatus Sokol. // Proc. of 23th Int. Cosmic Rays Conf. (Calgary, Канада), 1993, v.2, p.17-20.

7. Cherry M.L. et al. Where is the bend in the cosmic ray proton spectrum?. // Proc. of 26th Int. Cosmic Rays Conf. (Salt Lake City, США), 1999, v.3, p.187-190.

8. Apanasenko A.V. et al. Primary cosmic ray spectra observed by RUNJOB: Proton and alpha spectra. // Proc. of 26th Int. Cosmic Rays Conf. (Salt Lake City, США), 1999, v.3, p. 163-166.

9. Adams J.H. и др. Матрица кремниевых детекторов как детектор заряда в эксперименте АТИК. // Приборы и техника эксперимента, 2001, N.4, с.38-44.

10. Джелли Дж. Черепковское излучение. — М.: Атомиздат, 1960.

11. Chudakov А.Е. et al. Cerenkov radiation of extensive air showers. // Nuovo Cimento, 1958, v.8, N.2, p.606.

12. Фомин Ю.Ф., Христиансен Г.Б. О форме импульса черенковского излучения широкого атмосферного ливня. // Ядерная физика, 1971, т. 14, вып.З, с.6426-46.

13. Kalmykov N.N., Prosin V.V. et al. The Study of Shape of Cerenkov Pulse from EAS. // Proc. of 14th Int. Cosmic Ray Conf. (Munchen, Германия), 1975, v.8, p.3034-3038.

14. Ильина Н.П., Калмыков H.H., Просин В.В. Черенковское излучение и параметры ШАЛ. // Ядерная физика, 1992, т.55, вып.10.

15. Swordy S.P. et al. Elemental Composition of Cosmic Rays near the Knee by Multiparameter Measurements of Air Showers. // Astroparticle Physics, 2000, v. 13, p. 137-150.

16. Borione A. et al. A Large air shower array to search for astrophysical sources emitting gamma-rays with energies >= 10**14-eV. // Nucl. Instrum. Meth., 1994, v.A346, p.329-352.

17. Ozawa S. et al. The Energy Spectrum of All Particle Cosmic Rays around the Knee Region Observed with the Tibet Air-Shower Array. // Proc. of 28th Int. Cosmic Ray Conf. (Tsukuba, Япония), 2003, v.l, p. 143-146.

18. Хакимов H. Глубина максимума ШАЛ с энергией Ю10 — 1016 эВ, полученная методом регистрации формы импульса черенковского излучения.: Диссертация на соискание ученой степени канд. ф.-м. наук. — Москва, 1985.

19. Жуков В.Ю. Глубина максимума ШАЛ с энергиями 1016-1017 эВ и ее флуктуации.: Диссертация на соискание ученой степени канд. ф.-м. наук. — Москва, 1988.

20. Arqueros F. et al. Energy spectrum and chemical composition of cosmic rays between 0.3-PeV and 10-PeV determined from the Cherenkov-light and charged-particle distributions in air showers. // Astronomy and Astrophysics, 2000, v.359, p.682-694.

21. Paling A. M. et al. Resalts from the CACTI Experiment: Air-Cerencov and Particle Measurement of PeV Air Showers at Los Alamos. // Proc. of 25th Int. Cosmic Ray Conf. (Durban, Южная Африка), 1997, v.5, p.253-256.

22. Fowler J.W. et al. A Measurement of the Cosmic Ray Spectrum and Composition at the Knee. // Astroparticle Physics, 2001, v.15, p.49-64.

23. Zhu Q. et al. Study of UHE Primary Cosmic Ray Composition with Atmospheric Cherenkov Light Observations. // Proc. of 27th Int. Cosmic Ray Conf. (Hamburg, Германия), 2001, v.2, p.132-133.

24. Korosteleva E.E., Kuzmichev L.A., Prosin V.V. and EAS-TOP Collaboration. Lateral Distribution Function of EAS Cherenkov Light: Experiment QUEST and CORSIKA Simulation. // Proc. of 28th Int. Cosmic Ray Conf. (Tsukuba, Япония), 2003, v.l, p.89-92.

25. Бережко И.А. и др. Результаты исследования положения максимума и его флуктуаций для ШАЛ. // Ядерная физика, 1979, т.З, вып.2, с.415.

26. Dickinson J. Е. et al. A new air-Cherenkov array at the South Pole. // Nucl. Instrum. Meth. A, 2000, v.440, p.114-123.

27. Dickinson J. E. et al. The new South Pole air shower experiment: SPASE-2. // Nucl. Instrum. Meth. A, 2000, v.440, p.95-113.

28. Andres E. et al. The AMANDA neutrino telescope: Principle of operation and first results. // Astroparticle Physics, 2000, v. 13, p.l-20.

29. Bryanski S.V. et al. // Proc. of 24th Int. Cosmic Ray Conf. (Roma, Italy), 1995, v.2, p.724-727.

30. Gress O.A. et al. The Study of Primary Cosmic Rays Energy Spectrum and Mass Composition in the Energy Range 0.5 50 Pev with TUNKA EAS Cherenkov Array. // Nuclear Physics, В (Proc. Suppl.), 1999, v.75A, p.299-301.

31. Budnev N. et al. Turika EAS Cherenkov Array Status 2001. // Proe. of 27th Int. Cosmic Ray Conf. (Hamburg, Germany), 2001, v.2, p.581-584.

32. Буднев Н.М. и др. Энергетический спектр первичных космических лучей вокруг "колена"по данным черепковской установки ШАЛ ТУНКА-25. // Известия РАН, сер.физ., 2002, т.66, вып.11, с.1563-1565.

33. Васильев Р.В. и др. Измерение формы импульса черенковского I света ШАЛ на установке Тунка. // Известия РАН, сер.физ., 2001,т.65, вып.11, с. 1640-1642.

34. Багдуев Р.И. и др. Высокочувствительный фотоприемник KBA3AP-370 для крупномасштабных экспериментов в космических лучах. // Известия РАН, сер.физ., 1993, т.57, вып.4, с.135-137.

35. Антонов Р.А. и др. Широкоугольный черепковский детектор ШАЛ на основе полусферических светоприемников. // Известия РАН, сер. физ., 1993, т.57, вып.4, с.181-185.

36. Васильев Р.В. и др. Черенковский детектор широких атмосферныхливней для совместной работы с нейтринным телескопом НТ-200. // Приборы и техника эксперимента, 2001, N.5, с.51-56.

37. Karle A. et al. Analog optical transmission of fast photomultiplier pulses over distances of 2-km. // Nucl. Instrum. Meth., 1997, v.A387, p.274-277.

38. Е.Е.Коростелева, Л.А.Кузьмичев, и др. Детекторы для регистрации черенковского света на больших расстояниях от оси ШАЛ. // Препринт НИИЯФ МГУ 2004-3/742.• 39. Knapp J. and Heck D. Extensive Air Shower Simulation with

39. CORSIKA: A User's Guide (Version 5.61). — Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe, 1998.

40. Галкин В.И. Пакет CORSIKA инструмент для моделирования ШАЛ. // Описание задачи вычислительного практикума кафедры космических лучей и физики космоса. — Москва, 1998.

41. Е.Е.Коростелева, Л.А.Кузьмичев, и др. Энергетический спектр и массовый состав первичных космических лучей по данным черепковской установки ШАЛ Тунка. // Препринт НИИЯФ МГУ -2004-2/741.

42. Алиев Н. Пространственное распределение черенковского излучения ШАЛ с энергией 1015 — 1016 эВ на уровне 940 г/см2.: Диссертация на соискание ученой степени канд. ф.-м. наук. — Москва, 1985.

43. Е.Е.Коростелева, Л.А.Кузьмичев, и др. Методика измерения формы импульса черенковского света ШАЛ на установке Тунка. // Препринт НИИЯФ МГУ 2004-1/740.

44. Просин В.В. Исследование формы черенковских импульсов на больших расстояниях от оси ШАЛ.: Диссертация на соискание ученой степени канд. ф.-м. наук. — Москва, 1980.

45. Е. Korosteleva, L. Kuzmichev, V. Prosin, В. Lubsandorzhiev, Eas-Top Collaboration. Primary Energy Measurement with EAS Cherenkov Light: Experiment QUEST and CORSIKA Simulation. // Astro-ph/0411216, 2004.

46. Зуев В.E., Белан Б.Д., Задде Г.О. Оптическая погода. — М.: Наука, Сибирское отделение, 1990, с.8-10.

47. Григорьев В.М., Жуков В.Ю., и др. Продольное развитие ШАЛ по амплитудно-временной структуре импульсов черенковского излучения ливней: в сб. Широкие атмосферные ливни с энергией выше 1017 эВ. М.: Якутск, 1987, с.61-68.

48. Walter P. et al. А 1 GHz Flash-ADC Module in VMEbus. // IEEE Trans. Nucl. Science, 1988, v.35, N.l.

49. Hoerandel J.R. et al. On the knee in the energy spectrum of cosmic rays. // Astroparticle Physics, 2003, v. 19, p. 193-220.

50. Dickinson J.E. et al. Studies of the mass composition of cosmic rays with the SPASE-2/VULCAN instrument at the South Pole. // Proc. of 26th Int. Cosmic Ray Conf. (Salt Lake City, США), 1999, v.3, p.136-139.