Исследование солнечных космических лучей по данным Баксанских наземных детекторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.03.03, кандидат физико-математических наук Карпова, Зоя Марленовна

• Карпова, Зоя Марленовна
• кандидат физико-математических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Карпова, Зоя Марленовна

Введение.

ГЛАВА 1. Методика проведения исследований и расчетов характеристик релятивистских СКЛ.

§ 1. Описание наземных установок Баксанского исследовательского I ; ■ ! комплекса: АНДЫРЧИ, КОВЕР, БМД и БНМ.

1.1. Схема и конструкция детектора широких атмосферных ливней АНДЫРЧИ.

1.2. Схема и конструкция детектора широких атмосферных ливней КОВЕР.

1.3. Схема и конструкция Баксанского мюонного детектора.

1.4. Схема и конструкция Баксанского нейтронного монитора.

1.5. Сравнительные характеристики Баксанских наземных установок.

§2. Магнитное поле Земли.

§3. Расчет асимптотических направлений прихода для РСП.

3.1. Зависимость от солнечных эпох.

3.2. Основные уравнения.

3.3. Представление магнитного поля.

3.4. Модель магнитопаузы.

3.5. Асимптотические направления прихода СКЛ во время событий

20 января 2005 г. и 29 сентября 1989 г.

§4. Расчет эффективной жесткости геомагнитного обрезания для БНО.

4.1. Основные положения и начальные условия.

4.2. Расчет геомагнитного порога методом Рунге-Кутта.

§5. Определение функций кратности генерации вторичных частиц, функций отклика детекторов и коэффициентов связи.

§6. Модели атмосферы.

6.1. Физическая модель атмосферы.

6.2. Математическая модель атмосферы.

6.3. Граница атмосферы и околоземного пространства.

§7. Моделирование прохождения частиц через атмосферу до уровня установки.

7.1. Применение пакета CORSIKA.

7.1.1. Область энергий первичных частиц.

7.1.2. Математическая модель атмосферы пакета CORSIKA.

7.1.3. Границы слоев атмосферы.

7.2. Модели взаимодействия ЮТ с веществом.

§8. Два метода моделирования первичного потока космических лучей.

§9. Процесс регистрации вторичных частиц в детекторах.

ГЛАВА 2. Результаты расчетов функций кратности, отклика и сбора вторичных частиц для детекторов Баксанского исследовательского комплекса.

§10. Функции кратности генерации и отклика для Баксанского детектора ШАЛ АНДЫРЧИ.

10.1. Функции кратности генерации и отклика АНДЫРЧИ для первого метода моделирования первичного потока.

10.2. Диапазон чувствительности АНДЫРЧИ.

10.3. Сравнение двух методов моделирования первичного потока и разных версий пакета CORSIKA.

§11. Расчет функций кратности генерации и функций отклика для детекторов КОВЕР и БМД.

§12. Сравнение функций отклика для установок АНДЫРЧИ, КОВЕР,

БМД и Баксанского нейтронного монитора.

12.1. Стандартные условия регистрации.

12.2. Сравнение функций сбора вторичных частиц для установок

АНДЫРЧИ, КОВЕР, БМД и БНМ.

12.3. Сравнение функций отклика для наземных установок

Баксанского исследовательского комплекса.

§13. Вычисление и нормировка функции сбора. Удельная функция сбора (УФС).

13.1. Основные определения.

13.2. Дифференциальная функция сбора.

13.3. Интегральная функция сбора.

13.4. Изотропный поток.

13.5. Вертикальный поток.

13.6. Нормировка.

ГЛАВА 3. Регистрация возрастаний CKJI на Баксанских наземных установках и применение функций сбора для получения спектров.

§14. Преимущества использования детекторов ШАЛ для изучения релятивистских СКЛ.

§ 15. Метод анализа данных Баксанских детекторов при получении профилей наземных возрастаний СКЛ.

§ 16. Основные результаты регистрации Баксанскими детекторами наземных возрастаний СКЛ.

§17. Наиболее значимые возрастания СКЛ в 23-м цикле активности.

17.1. Событие GLE 20 января 2005 г.

17.2. Оценка надежности данных БНМ 20 января 2005 г.

17.2.1. Общая оценка качества данных.

17.2.2. Сравнение счетных каналов БНМ между собой.

17.2.3. Расчет эффективности счетных каналов БНМ.

17.3. Событие GLE 28 октября 2003 г.

17.4. Событие GLE 15 апреля 2001 г.

§18. Методика и основные результаты получения спектров и других характеристик релятивистских СКЛ.

18.1. Определение спектров и анизотропии СКЛ методом оптимизации.

18.2. Энергетический спектр и анизотропия СКЛ в событии GLE января 2005 г.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование солнечных космических лучей по данным Баксанских наземных детекторов»

Анализ проблематики. Изучение наземных возрастаний солнечных космических лучей (СКЛ), называемых также событиями GLE (Ground Level Enhancement), в области энергий от 1 до 15 ГэВ обычно проводится с помощью мировой сети нейтронных мониторов (НМ). Во время некоторых событий GLE возрастания CKJI регистрируются также детекторами широких атмосферных ливней (ШАЛ) по темпу счета одиночных частиц космических лучей. В этом случае происходит независимое срабатывание отдельных счетчиков установки, в отличие от собственно ШАЛ, когда происходит одновременное срабатывание нескольких счетчиков. Темп счета одиночных частиц в сотни раз превышает темп счета ШАЛ. Впервые достоверная регистрация СКЛ на установке ШАЛ была выполнена на Баксанском детекторе КОВЕР во время мощной солнечной вспышки 29 сентября 1989 года [1, 2]. Мощное возрастание СКЛ после этой вспышки было зафиксировано также в темпе счета наземных и даже подземных мюонных телескопов [3-5]. Необычный мюонный всплеск во время этого события был зафиксирован также на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе (БПСТ) [6, 7]. Исследованию и интерпретации этого уникального события GLE посвящено большое количество публикаций. Достаточно подробное его обсуждение и дальнейшие ссылки можно найти, например, в работах [8-10].

В 23-м цикле солнечной активности наземные возрастания СКЛ были зафиксированы также и на других установках ШАЛ и мюонных детекторах: 6 ноября 1997 г. и 20 января 2005 г. - MILAGRO [11, 12], 15 апреля 2001 г. и 20 января 2005 г. - GRAND [13, 14], 14 июля 2000 г. - ТЕМП (МИФИ) [15] и 13 декабря 2006 г. - УРАГАН (МИФИ) [16]. Однако систематическое изучение

СКЛ на установках ШАЛ предпринято только в настоящей работе.

Баксанские установки ШАЛ АНДЫРЧИ и КОВЕР, а также Баксанский мюонный детектор (БМД) дают наиболее полный ряд данных по регистрации

СКЛ высокой энергии в течение 21-23 циклов солнечной активности [17-19].

Они показывают, что СКЛ с энергией более 5 ГэВ наблюдаются 6 приблизительно в 50% событий ОЬЕ [20]. Ранее считалось (на основе данных нейтронных мониторов), что в большинстве событий вЬЕ верхний предел энергии СКЛ значительно меньше.

Одиночные частицы, которые регистрируют детекторы широких атмосферных ливней, помимо собственно ШАЛ, являются вторичными частицами (мюоны, электроны, гамма-кванты, адроны) относительно невысокой энергии, рожденными в атмосфере первичными космическими лучами. Область энергии первичных частиц, давших, в конечном счете, срабатывание отдельных счетчиков установок ШАЛ, близка в этом случае к диапазону энергии нейтронных мониторов, размещенных на данной* широте. При этом главным преимуществом установок ШАЛ является их больший темп счета, в сотни раз превосходящий скорость счета НМ. Благодаря этому АНДЫРЧИ, КОВЕР и БМД имеют статистическую точность в десятки раз лучше, что и позволяет регистрировать потоки частиц, которые в десятки раз меньше, чем могут фиксировать нейтронные мониторы [20].

При совместном использовании данных НМ и детекторов ШАЛ имеется возможность получения спектров СКЛ в более широком диапазоне энергии и с большей точностью. Стратосферные измерения К Л [21] также могут оказаться очень полезными при изучении СКЛ в случаях, когда полеты шаров-зондов происходят во время событий ОЬЕ (см., например [22, 159]). Эти данные заполняют диапазон энергии между прямыми измерениями потока КЛ на космических аппаратах и наземными наблюдениями. В то же время, при получении спектров необходимо принимать во внимание отличие функций отклика для установок ШАЛ и для нейтронных мониторов. Именно с этой целью были произведены вычисления функции множественности (кратности), функции отклика и функции сбора вторичных частиц. Сначала это было сделано только для- установки АНДЫРЧИ [23]. Позже были проведены расчеты и для всего Баксанского комплекса: установок ШАЛ АНДЫРЧИ и КОВЕР и для БМД [24]. Сравнение получаемых данных по регистрации космических лучей и рассчитанных характеристик каждой из этих установок позволяет, с одной стороны, восстанавливать первичный спектр и анизотропию космических лучей, а с другой — позволяет проверить модели взаимодействия первичных и вторичных космических лучей с атмосферой и магнитосферой Земли, используемые при расчетах.

Особенности исследования. Важным моментом, который существенно используется в настоящей работе, является то, что все физические установки, созданные для регистрации KJT, находятся в одном месте, на одной географической широте и долготе (43.28° с.ш. и 42.69° в.д.), и представляют собой единый Баксанский физический исследовательский комплекс. Использование Баксанских установок ШАЛ и Баксанского мюонного детектора (БМД) для регистрации солнечных космических лучей оказалось возможным благодаря перечисленным ранее физическим и техническим преимуществам по сравнению с нейтронными мониторами. Все детекторы работают и регистрируют KJI независимо друг от друга. Поэтому их данные могут рассматриваться, как независимая регистрация одних и тех же процессов в ЮТ разными детекторами, находящимися в одинаковых внешних условиях. Данные по регистрации^ KJI поступают в режиме реального времени (on-line) на файл-сервер Баксанской нейтринной обсерватории, откуда их можно копировать и анализировать в соответствии с поставленными физическими задачами.

Для получения характеристик релятивистских солнечных протонов (РСП) с использованием данных Баксанских детекторов и для вычисления функций отклика и сбора вторичных частиц необходимо знать и учитывать следующие основные свойства и особенности детекторов:

1) какими частицами порождаются, каким образом формируются и регистрируются сигналы, полученные на каждой установке;

2) каков состав, энергетический спектр и угловые распределения регистрируемых вторичных частиц при заданном пороге срабатывания каждого детектора;

3) каким энергиям первичных КЛ! соответствует регистрация различных одиночных вторичных частиц;

4) какова результирующая эффективность регистрации первичных КЛ с использованием одиночной компоненты для каждой установки;

5) чем определяется, в конечном счете, высокий темп счета каждой Баксанской установки, что и обеспечивает возможность изучения с их помощью СКЛ высокой энергии.

Ответить на эти вопросы можно с помощью вычисления функций множественности (кратности) генерации, функций- отклика и- функций сбора одиночных вторичных частиц. Это, в свою очередь, позволяет расширить диапазон энергий для исследований СКЛ' в область выше 5 ГэВ, по сравнению с имеющимися данными мировой сети нейтронных мониторов.

Постановка задачи. Как хорошо известно, все детекторы космических лучей, расположенные- на поверхности Земли, регистрируют вторичные космические лучи (КЛ); рожденные в атмосфере первичными КЛ. Поэтому исследование вариаций космических лучей, как правило, приводит к решению обратной задачи [25-27]. В данном случае это означает, что необходимо определить энергетический спектр вариаций первичных КЛ по экспериментально наблюдаемым данным для различных вторичных компонент КЛ. Другими словами, чтобы получить первичный спектр СКЛ, необходимо проделать обратный пересчет, от зарегистрированного темпа счета конкретного детектора к первичной интенсивности СКЛ.

Для подобного анализа необходимыми являются функции множественности (кратности) генерации вторичных частиц, функции отклика и функции сбора одиночных частиц различных вторичных компонент КЛ детекторами ШАЛ. Эти функции и были рассчитаны для трех Баксанских установок: АНДЫРЧИ, КОВЕР и БМД.

Кроме расчета указанных функций, нужно показать, что детекторы широких атмосферных ливней являются эффективными для изучения 9 солнечных космических лучей и могут использоваться в дополнение к данным мировой сети нейтронных мониторов в области энергий выше 5 ГэВ.

Вместе с нейтронными мониторами детекторы ШАЛ дают более полную информацию о наземных возрастаниях СКЛ, и, в конечном счете — о физических процессах, происходящих непосредственно в фотосфере, хромосфере Солнца, в солнечной короне и на пути от Солнца к Земле.

Таким образом, постановка задачи сводится к тому, что необходимо: а) рассчитать функции множественности (кратности) генерации вторичных частиц, функции отклика и функции* сбора одиночных частиц различных вторичных компонент, КЛ; б) показать, что! детекторы широких атмосферных ливней являются достаточно эффективными для изучения солнечных космических лучей; в) проанализировать данные Баксанских детекторов во время-максимально возможного количества событий ОЬЕ и получить временные профили и величины возрастаний СКЛ; г) получить первичный спектр и анизотропию солнечных космических лучей для отдельных событий вЬЕ.

Начальные условия. Энергетический спектр первичных вариаций определяется, как указано выше, из экспериментально наблюдаемых данных для различных вторичных компонент КЛ. Методика расчета, где используются как экспериментальные данные, так и теоретические расчетные функции, была разработана в целом ряде работ [28-33]. Для получения расчетных функций рассматривается прохождение КЛ через атмосферу и их регистрация детектором. При вычислении искомых функций кратности генерации, функций сбора и функций отклика установок АНДЫРЧИ, КОВЕР и БМД были приняты в расчет следующие начальные физические условия и основные характеристики детекторов:

1) Давление Ио на уровне наблюдения (глубина атмосферы) есть фиксированная величина, равная 800 г/см2 - для АНДЫРЧИ (высота

10 расположения установки равна 2050 м над уровнем моря) и 835 г/см2- для КОВРА и БМД (1700 м над уровнем моря);

2) Географические координаты расположения Баксанских установок равны 43.28° с.ш. и 42.69° в.д.;

3) Эффективная жесткость геомагнитного обрезания для вертикального потока первичных частиц составляет 5.7 ГВ в магнитоспокойное время и 5.6^-5.5 ГВ в магнитовозмущенные периоды солнечной активности (было рассчитано в соответствии с моделью магнитосферы Цыганенко-1989 [34]);

4). Поток КЛ за пределами атмосферы либо считался изотропным, либо расчет проводился для фиксированных зенитных углов (0= 0°, 15°, 30°, 45° и 60°), чтобы при необходимости можно было рассматривать другие угловые распределения для СКЛ;

5) Расчет выполняется только для протонов первичных КЛ без учета вклада ядер, поскольку доля ядер в СКЛ составляет меньше 1%.

Актуальность темы. Регулярные наблюдения Солнца в течение последних 21-23-го циклов с помощью как орбитальных исследовательских аппаратов, например ИСЗ КОРОНАС-Ф [35-38], мировой сети нейтронных мониторов, так и Баксанских наземных детекторов, позволяют нам продвинуться в понимании имеющихся различий между периодами солнечной активности (см., например, [39, 40]), а также скрытых спорадических механизмов, приводящих к мощным солнечным вспышкам. Испускание солнечной плазмы и солнечных космических лучей, распространение солнечного ветра и СКЛ в возмущенном межпланетном магнитном поле (ММП) в период после- вспышек также все еще остается важнейшим предметом исследования в физике Солнца.

Решение задачи, поставленной в диссертации, позволит в дальнейшем сравнивать результаты наблюдения каждой экспериментальной установки

Баксанского комплекса с результатами наблюдений мировой сети нейтронных мониторов и других детекторов ШАЛ, регистрирующих также и

11 одиночную компоненту. Кроме того, данные регистрации Баксанских установок ШАЛ и БМД позволяют исследовать наземные возрастания CKJI в области энергий выше 5 ГэВ, где, как правило, отсутствуют данные других детекторов.

Изучение характеристик солнечных космических лучей является актуальной и с точки зрения пилотируемой космонавтики [41, 42], поскольку продолжает существовать вопрос о реальной эффективной защите экипажа и аппаратуры, как нынешних орбитальных станций, так и исследователей во время будущих длительных полетов на Луну и Марс от высокоэнергичной проникающей солнечной радиации.

Высокоэнергичные потоки» электронов, позитронов и протонов на орбитах ИСЗ' и орбитальных станций были обнаружены и исследуются достаточно давно. Так, в 80-х годах исследователи МИФИ изучали потоки высокоэнергичных электронов в ближайшей окрестности Земли с помощью аппаратуры, установленной на орбитальной? станции "Салют-6". Эта аппаратура позволяла с высокой эффективностью выделять потоки электронов-и позитронов с энергией более 40 МэВ [43]. Орбита-станции "Салют-6" (высота ~350-400 км, наклонение ~52°) в основном проходила ниже радиационного пояса Земли (РПЗ). Однако в районе Бразильской магнитной аномалии она задевала внутреннюю часть РПЗ. При пересечении станцией "Салют-6" Бразильской аномалии как раз и были обнаружены стационарные потоки высокоэнергичных электронов.

Мощная вспышка, произошедшая на Солнце 22 марта 1991 года, сопровождалась выбросом большой массы солнечного вещества. Через два дня, 24 марта 1991 г. солнечное вещество достигло магнитосферы Земли и трансформировало ее внешнюю область. Энергичные частицы солнечного ветра ворвались в магнитосферу и достигли орбиты, на которой в то время находился американский спутник "CRESS" (высота орбиты в апогее -33.6 тыс. км, в перигее - 323 км, наклонение - 18°) [44]. Приборы, которые были установлены на этом спутнике, зарегистрировали резкое возрастание потоков электронов с энергией —15 МэВ и протонов с энергией 20-110 МэВ.

Позже исследования были продолжены сотрудниками НИИЯФ МГУ. На Международной космической станции (МКС) были установлены приборы для измерения доз космической радиации: СРК и Р-16, разработанные в НИИЯФ МГУ [45]. Для периода максимума 23-го цикла солнечной активности на ИСЗ ЭКСПРЕСС-А2, ЭКСПРЕСС-АЗ, МОЛНИЯ-ЗК на МКС и других космических аппаратах [45] получены экспериментальные данные о динамике частиц радиационных поясов Земли и потоках протонов от солнечных вспышек. Полученные результаты были использованы для разработки механизма ускорения релятивистских (>1 МэВ) электронов в магнитосфере Земли и прогнозирования радиационной обстановки в целях обеспечения;работы космонавтов на МКС и безотказного функционирования бортовых систем спутников связи, навигации и телевидения.

Перечисленные выше исследования и результаты относятся, в(первую очередь.к частицам относительно низкой энергии (по сравнению с настоящей работой) - МэВ-го диапазона, которые в основном и определяют суммарную дозу радиационного облучения. Высокоэнергичные проникающие частицы (единицы и десятки ГэВ) составляют довольно малую часть от общего потока. Однако вследствие большой проникающей способности и возможного большого локального выделения энергии они могут приводить к серьезным нарушениям работы аппаратуры. Изучение потоков таких частиц на орбите до сих пор весьма затруднительно и поэтому оно ведется на шарах-зондах и на наземных детекторах - в первую очередь на нейтронных мониторах. Использование данных Баксанских детекторов дает дополнительную информацию о наиболее высокоэнергичной части солнечного спектра.

Научная новизна.

1. С помощью трех Баксанских детекторов: АНДЫРЧИ, КОВЕР и БМД были впервые зарегистрированы и систематически изучены эффекты CKJ1 (15 возрастаний CKJ1 из 31 исследованного события GLE). Амплитуда сигнала практически во всех случаях составляет десятые доли процента. Такие возрастания не могут быть зафиксированы на стандартных нейтронных мониторах с такой же (или большей) жесткостью геомагнитного обрезания (~6 ГВ).

2. Для анализа данных трех Баксанских детекторов АНДЫРЧИ; КОВЕР и БМД были впервые вычислены функции- множественности (кратности) генерации вторичных частиц, коэффициенты связи и функции сбора одиночных вторичных частиц. Эти функции необходимы для получения энергетических спектров СКЛ выше 5 ГэВ в событиях GLE (наземных возрастаниях СКЛ).

3: Показано, что полученные коэффициенты связи и функции отклика существенно превышают соответствующие значения для нейтронного монитора. Вследствие этого наземные установки Баксанского исследовательского комплекса (БНО ИЛИ РАН) являются гораздо более чувствительными к СКЛ с энергией выше 5 ГэВ по сравнению с нейтронными мониторами. Они обладают также достаточно высокой эффективностью при исследовании-релятивистских солнечных протонов.

4. Анализ экспериментальных данных Баксанских детекторов АНДЫРЧИ, КОВЕР и БМД с помощью расчетной методики, представленной в диссертации, показал, что величина энергии СКЛ, регистрируемых Баксанскими детекторами1 составляет более 5 ГэВ. Это-означает, что СКЛ с энергией выше 5 ГэВ' наблюдаются не менее чем в 50% событий GLE, регистрируемых нейтронными мониторами. Ранее считалось (на основе данных НМ), что в большинстве этих событий частиц такой энергии нет.

5. Впервые получены спектры и другие характеристики релятивистских солнечных протонов при жесткостях выше 6 ГВ для события GLE 20 января

14

2005 г. с использованием, как данных Баксанских наземных установок, так и мировой сети нейтронных мониторов. Изучена динамика изменения потока релятивистских СКЛ в этом событии.

Положения, выносимые на защиту.

1. Впервые зарегистрированы возрастания высокоэнергичных СКЛ на Баксанских наземных установках ШАЛ АНДЫРЧИ- и КОВЕР, а также на Баксанском мюонном детекторе (БМД). Проведено их систематическое изучение. Показана высокая эффективность Баксанских наземных детекторов для изучения релятивистских солнечных космических лучей.

2. Рассчитаны функции' отклика на различные первичные спектры и функции сбора одиночных вторичных частиц для наземных установок Баксанского исследовательского комплекса с точностью, необходимой для проведения расчетно-экспериментальных исследований событий с релятивистскими солнечными космическими лучами.

3. Получены характеристики возрастаний СКЛ (величины возрастаний, профили событий) в области энергий выше 5 ГэВ для 15 событий вЬЕ из 31 исследованного за время работы наземных установок Баксанского исследовательского комплекса (1981-2006 гг.) - более чем за два цикла солнечной активности.

Практическая значимость работы. Результаты данной работы позволили найти дополнительный надежный источник данных о релятивистских СКЛ' при энергиях выше 5 ГэВ в качестве установок ШАЛ БНО ИЯИ РАН. В совокупности с мировой сетью нейтронных мониторов, Баксанские наземные детекторы являются высокоэффективным средством для изучения релятивистских СКЛ в широком диапазоне энергий.

Используемая методика моделирования потока космических лучей с учетом реальной конфигурации каждой ливневой установки и отдельного счетчика может быть применена также для расчета коэффициентов связи и

15 функций отклика других ливневых установок при изучении релятивистских CKJI. Это позволит использовать существующие детекторы ШАЛ для создания мировой сети ливневых установок и мюонных детекторов, которые вкупе с мировой сетью нейтронных мониторов дадут более полную картину при исследовании релятивистских CKJI. В России это могли бы быть, например, мюонный годоскоп ИЗМИР АН [46], установки ТЕМП' и УРАГАН (МИФИ) [15, 16, 47, 48] и некоторые другие. За рубежом это могли бы быть, например, установки MILAGRO [11, 12], GRAND [13, 14] и другие.

С одной стороны, это важно потому, что нет необходимости создавать новые детекторы (огромная экономия средств) и можно воспользоваться работающими установками. С другой стороны, потому, что благодаря значительно большей площади, большей чувствительности и лучшей статистической точности ливневых и мюонных детекторов по сравнению со стандартными нейтронными мониторами, появилась хорошая возможность развивать новый информационный канал в высокоэнергичной области CKJI с использованием указанных нестандартных детекторов [49].

Личный вклад автора. Постановка и формулировка задачи, разработка и применение численных методов решения, а также получение основных результатов по теме диссертации выполнены лично автором. Анализ экспериментальных данных осуществлялся автором совместно с другими сотрудниками БНО ИЯИ РАН. Основные статьи, опубликованные по теме, написаны при определяющем вкладе автора диссертации. В 2003 году при участии автора был модернизирован Баксанский нейтронный монитор (БНМ). С 2004 года при участии автора БНМ был выведен в полный'рабочий режим и включен в состав мировой сети НМ [50]. До августа 2007 г. автор осуществлял оперативной контроль за работой БНМ и непрерывным накоплением данных, выполнял анализ полученной информации и являлся в БНО ИЯИ РАН одним из основных исполнителей по теме «Исследования модуляционных эффектов галактических и солнечных космических лучей

16 методом наземного мониторинга» Программы Президиума РАН «Нейтринная физика».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на семинарах Баксанской нейтринной обсерватории ИЯИ РАН (14.04.2006), отдела космических лучей ИЗМИР АН им. Н.В. Пушкова (06.03.2007) и отдела лептонов высоких энергий и нейтринной астрофизики (ОЛВЭНА) ИЯИ РАН (15.06.2007), на Международных семинарах «Физика авроральных явлений» в г. Апатиты (2006 г. и 2007 г.), а также были представлены на Всероссийских конференциях по космическим лучам (г. Москва, 2004 г. и 2006 г.) и на Международных конференциях по космическим лучам (г. Цукуба, Япония, 2003 г. и г. Пуна, Индия, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации всего опубликовано 9 научных работ. Из них в рецензируемых журналах - 4, в трудах конференций - 5. Общее количество публикаций автора — 12.

Объем диссертации составляет 160 страниц, в том числе 46 рисунков, 9 таблиц, 45 формул, список литературы, включающий в себя 161 наименование, а также основные экспериментальные данные, приведенные в Приложении А - еще 20 рисунков дополнительно.

Содержание работы

Диссертация посвящена расчетно-экспериментальному исследованию характеристик релятивистских CKJI с использованием Баксанского комплекса наземных установок: АНДЫРЧИ, КОВЕР, БМД и БНМ. В работе рассматривается широкий круг вопросов, связанных с указанной проблемой: 1) экспериментальное исследование наземных возрастаний CKJI, зарегистрированных Баксанскими детекторами после вспышек на Солнце;

2) воссоздание первичного потока космических лучей на границе земной атмосферы и магнитосферы по экспериментальному отклику (возрастаниям темпа счета вторичных частиц) Баксанских наземных детекторов;

3) расчет функций множественности (кратности) и функций отклика для каждой Баксанской-наземной установки;

4) расчет дифференциальных и интегральных функций сбора вторичных частиц для указанных детекторов.

5) получение спектров и анизотропии СКЛ для отдельных событий. вЬЕ.

Во Введении сделан анализ проблематики, обоснована актуальность темы исследования, сформулированы основные цели и задачи. Отмечена научная новизна и практическая ценность, приведены положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание работы.

В 1-й главе приводится необходимое описание Баксанских наземных установок: АНДЫРЧИ, КОВЕР, БМД и БНМ, а также структурные схемы регистрации одиночной компоненты КЛ и сбора информации.

Рассматривается методика проведения расчетно-экспериментальных исследований релятивистских СКЛ. Приводятся необходимые определения коэффициентов связи, функции множественности (кратности) генерации вторичных частиц и функции отклика Баксанских детекторов на первичный поток КЛ. Выполнено теоретическое обоснование для применения стандартного программного пакета СОБАКА при проведении моделирования и расчетов, указанных выше функций, в интересующем диапазоне энергий (1-100 ГэВ). При этом рассматриваются физическая и математическая модели атмосферы. Определяется- эффективная граница атмосферы и околоземного пространства, являющаяся начальным условием для розыгрыша первичного потока КЛ. Описываются два метода моделирования первичного потока КЛ. Рассматривается процесс регистрации вторичных частиц в детекторах.

Во 2-й главе приводятся результаты расчета функций кратности, отклика и сбора вторичных частиц для Баксанского комплекса наземных детекторов: АНДЫРЧИ, КОВЕР, и БМД. Сравниваются два метода моделирования первичного потока КЛ и две разных версии стандартного программного пакета СОБАКА. В этой главе также сравниваются функции отклика всех Баксанских наземных установок АНДЫРЧИ, КОВЕР, БМД и БНМ и приводятся стандартные условия регистрации, а также функции сбора вторичных частиц для установок АНДЫРЧИ, КОВЕР, БМД и БНМ.

Приводятся расчетные кривые функций множественности (кратности) генерации вторичных частиц для установки АНДЫРЧИ при различных зенитных углах .9=0, 15, 20, 30 и 45 градусов, а также для изотропного потока в зависимости от кинетической энергии первичных частиц Ек. При расчете функций кратности для изотропного потока проводилось численное интегрирование для каждой энергии Ек с использованием аппроксимации угловой зависимости функций кратности, как косинус в степени п(Ек).

Получены расчетные кривые дифференциальных функций отклика для степенных энергетических спектров с разными показателями у = 3, 4, 5 и 6, которые характерны для релятивистских солнечных космических лучей, в сравнении со спектром ГКЛ. Показано, что чем больше показатель спектра, тем более узким становится диапазон энергии первичных частиц, дающих вклад в темп счета детектора, и тем больший вклад дают частицы малых энергий. Для количественного сравнения энергетических диапазонов чувствительности различных детекторов и для различных видов первичных спектров используются медианная энергия - Ете(] и верхняя граница области чувствительности - Е0.95- Указанные величины сведены в таблицы.

В этой главе также рассматриваются стандартные условия регистрации, определение, вычисление и нормировка функций сбора вторичных частиц и удельной функции сбора (УФС). Проводится сравнение функций отклика и сбора одиночных вторичных частиц всех Баксанских наземных установок: АНДЫРЧИ, КОВЕР, БМД и БНМ.

Глава 3 посвящена использованию рассчитанных функций отклика для анализа экспериментальных данных Баксанских наземных установок и мировой сети нейтронных мониторов с целью получения характеристик релятивистских СКЛ.

Кратко описан метод и изложены результаты первичного анализа экспериментальных данных детекторов БНО с целью получения временных профилей и величины возрастаний СКЛ, используемых впоследствии для определения характеристик релятивистских солнечных протонов (РСП). Рассмотрены способы вычисления фона ГКЛ и коррекции (компенсации) известных атмосферных и других предполагаемых эффектов ГКЛ.

Приводятся.результаты применения* изложенной методики для анализа отдельных событий наземных возрастаний релятивистских СКЛ, связанных с очень мощными солнечными вспышками, которые дали наиболее статистически значимые сигналы на Баксанских наземных установках. Так подробно анализируются события вЬЕ после солнечных вспышек 29 сентября 1989 г., 15 апреля 2001 г. и 20 января 2005 г., зарегистрированные Баксанскими наземными установками. Для каждого события приводится сводка гелио- и геофизической обстановки, включая данные о вспышке на Солнце, состоянии ММП, геомагнитной возмущенности. Приводится сводная таблица, включающая все события, которые были зарегистрированы Баксанскими наземными установками.

В этой главе также представлены спектры и другие характеристики релятивистских солнечных протонов, полученные при жесткостях выше 6 ГВ для события ОЬЕ 20 января 2005 г.

Приложение А содержит результаты анализа экспериментальных данных за 1989 - 2006 гг. В графической форме, с разрешением 5 минут, приведены временные профили наземных возрастаний солнечных космических лучей (события вЕЕ), зарегистрированные Баксанскими наземными установками АНДЫРЧИ, КОВЕР, БМД и БНМ. Временные профили событий GLE представляют собой вариации темпа счета, вызванные потоком CKJI и выраженные в процентах относительно фона ГКЛ.

Приложение Б содержит основные термины, обозначения и сокращения, используемые в работе.

Основные результаты:

1. Выполнен анализ данных Баксанских наземных детекторов в течение 21-23 циклов солнечной активности (с 1981 г. по 2006 г.) с целью поиска возрастаний СКЛ во время событий GLE. Впервые с помощью Баксанских детекторов ШАЛ АНДЫРЧИ и КОВЕР, а также Баксанского мюонного детектора были зарегистрированы и систематически изучены эффекты СКЛ: 15 возрастаний СКЛ из 31 исследованного события GLE.

2. Амплитуда сигнала практически во всех случаях составляет десятые доли процента. Такие возрастания не могут быть зафиксированы на стандартных нейтронных мониторах при такой же (или большей) жесткости геомагнитного обрезания (~6 ГВ).

3. Показано, что Баксанские установки регистрировали возрастания СКЛ в -50% событий GLE, известных по данным нейтронных мониторов. Отсюда делается вывод о том, что верхний предел энергии релятивистских СКЛ в событиях на уровне Земли составляет не менее 5 ГэВ в половине событий GLE, регистрируемых нейтронными мониторами.

4. Рассчитаны функции отклика на различные первичные спектры и функции сбора одиночных вторичных частиц для трех Баксанских детекторов: АНДЫРЧИ, КОВЕР и БМД. Эти функции необходимы для определения спектров и других характеристик СКЛ при энергии выше 5 ГэВ в событиях GLE. Полученные функции сбора и функции отклика по величине существенно превышают соответствующие значения для нейтронных мониторов. Это обеспечивает высокую эффективность использования Баксанских наземных детекторов при исследовании СКЛ, а также возможность продолжить спектр СКЛ в область энергий выше 5 ГэВ.

5. Впервые, для некоторых наиболее значимых событий вЬЕ, получены спектры и другие характеристики релятивистских солнечных протонов при энергии выше 5 ГэВ, с использованием данных наземных установок Баксанского исследовательского комплекса. Изучена динамика изменения потока релятивистских СКЛ в событии ОЬЕ 20 января 2005 г.

6. Баксанские детекторы оказались гораздо более чувствительными к релятивистским СКЛ с энергией выше 5 ГэВ по сравнению с нейтронными мониторами. Благодаря их большей площади, большей чувствительности и лучшей статистической точности, появился новый информационный канал для исследования СКЛ в высокоэнергичной части спектра.

Заключение диссертации по теме «Физика Солнца», Карпова, Зоя Марленовна

7. Результаты работы позволили найти дополнительный надежный источник данных о релятивистских СКЛ при энергиях выше 5 ГэВ в качестве детекторов ШАЛ и мюонов БНО ИЯИ РАН. Они, в совокупности с мировой сетью нейтронных мониторов, являются высокоэффективным средством для изучения релятивистских СКЛ в широком диапазоне энергий.

8. Используемая методика моделирования потока космических лучей с учетом реальной конфигурации каждой ливневой установки и отдельного счетчика может быть применена также для расчета коэффициентов связи и функций отклика других ливневых установок при изучении релятивистских СКЛ. Это позволит использовать существующие детекторы ШАЛ для создания Мировой сети ливневых установок и мюонных детекторов, которые вкупе с мировой сетью нейтронных мониторов дадут более полную картину при исследовании релятивистских СКЛ.

Благодарности

Работа была выполнена на основе богатейшего экспериментального материала, накопленного за два с половиной десятилетия (1981-2006 гг.) непрерывной работы большого коллектива сотрудников Лаборатории Лептонов Высоких Энергий (ЛЛВЭ, ИЯИ РАН, г. Москва), Лаборатории Подземного Сцинтилляционного Телескопа (ЛПСТ, БНО ИЯИ РАН, п. Нейтрино) и Отдела Лептонов Высоких Энергий и Нейтринной Астрофизики (ОЛВЭНА, ИЯИ РАН, г. Москва). Автор глубоко признателен всем этим людям, благодаря которым стало возможным выполнение настоящей работы.

Эта работа также была бы неосуществимой без повседневной рутинной работы тех сотрудников лаборатории ПСТ, БНО ИЯИ РАН, которые технически обеспечивали непрерывный набор данных всех Баксанских наземных детекторов: В.И. Волченко, Г.В. Волченко, А.Ф. Янин, Д.Д. Джаппуев, А.У. Куджаев, В.В. Алексеенко, С.Н. Карпов, А.Н. Куреня, Ю.П. Суровецкий, В.П. Чергинец, А.Н. Жоров, B.C. Илгашев и многие другие.

Автор выражает большую благодарность научному' руководителю доктору физ.-мат. наук Э.В. Вашенюку, руководителю лаборатории космических лучей ПГИ КНЦ РАН (г. Апатиты) за постоянное внимание, замечания и плодотворные обсуждения при выполнении этой работы.

Особую признательность хочу выразить Б;Б. Гвоздевскому и Ю.В. Балабину, сотрудникам ПГИ КНЦ РАН (г. Апатиты), за большую« помощь, оказанную ими при расчетах асимптотических конусов приема и жесткости геомагнитного обрезания для БНО ИЯИ РАН.

Автор сердечно благодарит также В.Г. Янке, A.B. Белова, Р.Т. Гущину, Е.А. Ерошенко и других сотрудников отдела космических лучей ИЗМИР АН за полезные дискуссии, замечания и советы по содержанию диссертации, а также за огромную помощь в освоении методики анализа данных нейтронных мониторов.

Особенно хочется поблагодарить своих коллег, старшего научного сотрудника БНО ИЯИ РАН, кандидата физ.-мат. наук В.В. Волченко и научного сотрудника Г.В. Волченко, специалистов по электронике, за многократные консультации по техническим вопросам пр№ составлении схем регистрации и сбора информации для установок КОВЕР и БМД.

Автор глубоко признателен старшему научному сотруднику БНО ИЯИ РАН, кандидату физ.-мат. наук Н.С. Хаердинову за любезно предоставленные данные по ряду событий GLE, которые были проанализированы им ранее, в 90-х годах, и информация о которых не сохранилась в общем архиве данных установки КОВЕР.

Хочу также выразить сердечную благодарность заведующему сектором гелио-экологических связей ИЗМИРАН, доктору физ.-мат. наук Л.И. Мирошниченко за то, что он взял на себя труд прочитать черновой вариант диссертации и сделал большое количество замечаний и предложений по улучшению стиля и качества изложения материала.

Автор признателен также главному научному сотруднику ОЛВЭНА, ИЯИ РАН, доктору физ.-мат. наук С.П. Михееву и старшему научному сотруднику ОЛВЭНА, ИЯИ РАН, кандидату физ.-мат. наук Ю.С. Копысову за существенную помощь при подготовке диссертации.

Автор также высоко ценит помощь кандидата физ.-мат. наук С.Н. Карпова, моральную и материальную поддержку, а также многочисленные советы при оформлении настоящего текста.

Все работы по теме диссертации были выполнены в рамках двух грантов РФФИ, проекты: 01-02-16947 и 04-02-16952, а также в рамках программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Нейтринная физика», тема: «Исследование модуляционных эффектов галактических и солнечных космических лучей методом наземного мониторинга».

Заключение

1. Проведен анализ экспериментальных данных трех Баксанских наземных установок АНДЫРЧИ, КОВЕР и БМД за период 1981-2006 гг. с целью поиска возрастаний СКЛ высокой энергии в течение 21-23 циклов солнечной активности. Оказалось, что Баксанские наземные установки зарегистрировали 15 возрастаний СКЛ из 31 исследованного события вЕЕ за весь рассматриваемый период.

2. СКЛ с энергией выше 5 ГэВ наблюдаются примерно 50% событий вЬЕ. Амплитуда сигнала на Баксанских детекторах практически во всех случаях составляет десятые доли процента. Такие возрастания СКЛ не могут быть зафиксированы на стандартных нейтронных мониторах с такой же (или большей) жесткостью геомагнитного обрезания (> 5.7 ГВ).

3. Проведенный анализ показал, что существует возможность продолжить спектр СКЛ в указанных событиях в область энергий выше 5 ГэВ. Благодаря высокой статистической точности Баксанских детекторов, значительно большей чувствительности и площади детекторов, по сравнению с нейтронными мониторами, они способны регистрировать сигналы СКЛ с амплитудой в 20 раз меньше, чем это позволяют НМ.

4. Для проведения подобного анализа были вычислены функции кратности, отклика и функции сбора вторичных частиц для всех трех Баксанских наземных установок: АНДЫРЧИ, КОВЕР и БМД. Эти функции необходимы для определения спектров СКЛ в солнечных протонных событиях (событиях ОЬЕ) в области энергии выше 5 ГэВ.

5. Проведено сравнение функций отклика и сбора вторичных частиц для Баксанских наземных установок: АНДЫРЧИ, КОВЕР, БМД и БНМ. Полученные функции для одиночной компоненты КЛ, регистрируемой установками ШАЛ, значительно отличаются от аналогичных функций для нейтронных мониторов.

6. Проведенный анализ показывает, что Баксанские наземные установки АНДЫРЧИ, КОВЕР и БМД чувствительны к более высоким

128 энергиям СКЛ, чем нейтронные мониторы даже при одинаковом геомагнитном пороге. Значения медианной энергии и верхней границы диапазона чувствительности всех этих установок сильно зависят от формы первичного спектра КЛ. Для установок АНДЫРЧИ, КОВЕР и БМД указанные величины заметно больше, чем для нейтронных мониторов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Карпова, Зоя Марленовна, 2008 год

1. D.B. Swinson and M.A. Shea. The September 29, 1989, ground level event observed at high rigidity. Geophys. Res. Letters, 1990, v.17, No.8, pp. 10731075.

2. A.T. Filippov, P.A. Krivoshapkin, I.A. Transky et.al. Solar cosmic ray flare on September 29, 1989 by data of the Yakutsk Array Complex. Proc. 22nd Int. Cosmic Ray Conf., 1991, v.3, pp.113-116.

3. E.Н. Алексеев, B.H. Закидышев, C.H. Карпов. Анализ данных Баксанского подземного сцинтилляционного телескопа, зарегистрированных во время солнечной вспышки 29 сентября 1989г. Геомагнетизм и аэрономия, 1992, т.32, №5, с.192-195.

4. Miroshnichenko, L.I. Solar Cosmic Rays, Kluwer Academic Publlishers, The Netherlands, 2001, 480 pp.

5. J.M. Ryan. Detection of 6 November 1997 Ground Level Event by Milagrito. Proc. 26th ICRC, 1999, v.6, p.378.

6. J.M. Ryan and the Milagro Collaboration. Ground-level events measured with Milagro. 29th ICRC, Pune, 2005, v.l, pp.245-248

7. J. Poirier and C. D'Andrea. Ground level muons in coincidence with the solar flare of 15 April 2001. J. Geophys. Res., 2002, v. 107, p. 1815.

8. C. D'Andrea and J. Poirier. Ground level muons coincident with the 20 January 2005 solar flare. Geophysical Research Letters, v.32, L14102-L14104, doi: 10.1029/2005gl023336, 2005.

9. V.V. Borog, O.V. Belonosova and P.O. Simakov. Observation of muon flux increase during GLE of 14.07.2000 by means of large aperture hodoscope. 29th ICRC, Pune, 2005, SHI.2, pp. 87-90.

10. C.H. Карпов, B.B. Алексеенко, A.H. Заиченко, З.М. Карпова, В.Б. Петков, В.Я. Поддубный, Н.С. Хаердинов. Исследование солнечных космических лучей высокой энергии. Кинематика и физика небесных тел, Приложение №4, 2003, с.153-157.

11. C.H. Карпов, Э.В. Вашенюк, В.И. Волченко, Д.Д. Джаппуев, З.М. Карпова, А.У. Куджаев, В.Б. Петков, А.В. Радченков, А.Ф. Янин, В.Г. Янке. События GLE 23-го цикла солнечной активности по данным

12. Баксанских ливневых установок Андырчи и Ковер и нового Баксанского нейтронного монитора. Известия РАН, серия физическая, 2005, т.69, №6, с.796-799.

13. S.N. Karpov, Z.M. Karpova, Yu.V. Balabin and E.V. Vashenyuk. Study of the GLE events with use of the EAS-Array data. Proc. 29th ICRC, Pune, SH.1.5, 1, 2005, pp.193-196.

14. V.M. Bednazhevsky and L.I. Miroshnichenko. Integral multiplicities of generation for the neutron component and accuracy of estimation the spectrum of solar cosmic rays. Geomagnetism and Aeronomy, 1982, v.22, No.l, p.125-126.

15. K. Nagashima, S. Sakakibara and K. Murakami. Response and yield functions of neutron monitor, galactic cosmic-ray spectrum and its solar modulation, derived from all the available World-wide surveys. Nuovo Cimento, 1989, v.2, pp. 173-209.

16. Л.Д. Дорман. Вариации космических лучей. Государственное издательство технико-теоретической литературы, Москва, 1957, 402с.

17. John М. Clem and Lev I. Dorman. Neutron Monitor Response Functions. Space Science Reviews, 2000, v.93, No. 1/2, p.335-359.

18. E.G. Boos, A.K. Efimov, E.V. Kolomeets and A.I. Kupchishin. Calculations of the coupling coefficients for cosmic ray muon and neutron components. Proc. 13th ICRC, Denver, 1973, v.2, p.863.

19. A.A. Lusov, N.I. Pakhomov, V.E. Sdobnov and S.E. Chigrinov. The calculation of integral multiplicity of generation of cosmic rays neutron component for the neutron monitor NM-64. Proc. 14th ICRC, v.4, München, 1975, p. 1399.

20. O.A. Bogdanova, E.V. Kolomeets and V.L. Shmonin. Integral multiplicities of various cosmic ray components in the earth as functions of altitude, geomagnetic cutoff rigidity and primary cosmic ray spectrum. Proc. 14th ICRC, v.4, München, 1975, p. 1441.

21. B.C. Raubenheimer and E. Flückiger. Response functions of a modified NM-64 neutron monitor. Proc. 15th ICRC, v.4, Plovdiv, 1977, p. 151.

22. L.D. Dorman and V.G. Yanke. The coupling functions of NM-64 neutron supermonitor. Proc. 17th ICRC, Paris, 1981, v.4, p.326.

23. N.A. Tsyganenko. A magnetospheric magnetic field model with a warped tail current sheet. Planet. Space Sei., 1989, v.37, №1, pp.5-20.

24. В.Д. Кузнецов. КОРОНАС-Ф: три года наблюдений активности Солнца, 2001-2004 гг. Астрономический вестник, М., Наука, т.39, №6,2005, с.483-484.

25. В.Д. Кузнецов. Обзор результатов исследований Солнца и солнечно-земных связей с ИСЗ КОРОНАС-Ф. Астрономический вестник, М., Наука, т.39, №6, 2005, с.485-494.

26. B.H. Ишков. Свойства текущего 23-го цикла солнечной активности. Астрономический вестник, М., Наука, т.39, №6, 2005, с.507-516.

27. V.N. Ishkov. The current 23 cycle of solar activity: its evolution and principal features. Proceedings of ISCS "Solar Variability as an input to the Earth's Environment", ESA SP-535, Sept., 2003, pp.103-104.

28. И.И. Гительзон, С.И. Барцев, B.B. Межевикин, В.А. Охонин. Дальний космос: люди или автоматы? Вестник РАН, 2000, т.70, №7, с.611-620.

29. Miroshnichenko, L.I. Radiation Hazard in Space. Kluwer Academic Publishers. The Netherlands, 2003, 238 pp.

30. A.M. Гальпер, B.M. Грачев, B.B. Дмитренко, В.Г. Кириллов-Угрюмов, C.E. Улин. Новая компонента внутреннего радиационного пояса Земли электроны высоких энергий. Письма в ЖЭТФ, 1983, т.38, вып.8, с.409-411.

31. J.B. Blake, W.A. Kolasinski, R.W. Fillius, E.G. Mullen. Injection of electrons and protons with energies of tens of MeV into L<3 on 24 March 1991. Geophys. Res. Lett., 1992, v.19, №8, pp.821-824.

32. Модель космоса: Научно-информационное издание: В 2т. / Под ред. М.И. Панасюка, JLC. Новикова. Издательство: КДУ, 2007, 872с.

33. В.Г. Янке. Многонаправленный мюонный телескоп на больших пропорциональных счетчиках и его характеристики. 28-я Всероссийская конференция по космическим лучам, Москва, 7-11 июня 2004, http://www.28rcrc.mephi.ru/.

34. V.V. Borog, O.V. Belonosova, A.S. Davydov, G.M. Kmchenitskii, S.P. Perov and V.G.Yanke. Study of Atmospheric Temperature at Different Altitudes using Muon Angular Distribution at Sea Eevel. Proc. 29th ICRC, Pune, India, 2005, v.2, p. 381-384.

35. S.N. Karpov, Z.M. Karpova, V.B. Petkov, E.V. Vashenyuk and V.G. Yanke. New neutron monitor station in Baksan valley. International Journal of Modern Physics A, 2005, v.20, №29, pp.6696-6698.

36. E.H. Алексеев., B.B. Алексеенко, В Н. Бакатанов и др. Установка "Андырчи" для регистрации ШАЛ над Баксанским подземным сцинтилляционным телескопом. Известия Академии ■ Наук, серия физическая; 1993, т.57, №4, с.99-102.

37. E.N. Alexeyev, V.V. Alexeenko, V.N. Bakatanov et al. The EAS array above the Baksan Underground Scintillation Telescope. Proc. 23rd Int. Cosmic Ray Conf., Calgary, 1993, v.2, pp.474-476.

38. В.Б.Петков. Установка "Андырчи" для регистрации ШАЛ над Баксанским подземным сцинтилляционным телескопом. Дисс. к.ф.-м.н., М.: ИЯИ PAI I, 1997, 98с.

39. J.A. Simpson, W.H. Fonger, S.B. Treiman. Cosmic radiation intensity-time variations and their origin. I. Neutron intensity variation method and meteorological factors. Phys. Rev. 1953, v.90, №5, pp.934-950.

40. Simpson, J.A. Cosmic-radiation neutron intensity monitor. Annals of the IGY, Pergamon Press, London, 1957, v.4, pp.351-373.

41. E.N. Alexeyev and S.N. Karpov. Short-term increases of muon intensity at Baksan Underground Scintillation Telescope correlated with solar flares? Proc. 23rd Int. Cosmic Ray Conf., Calgary, 1993, v.3, pp.167-170.

42. E.H. Алексеев, C.H. Карпов. Кратковременные возрастания интенсивности мюонов на Баксанском подземном сцинтилляционном телескопе, коррелирующие с солнечными вспышками. Геомагнетизм и аэрономия, 1994, т.34, №2, сс.143-147.

43. S.N. Karpov, L.I. Miroshnichenko, E.V. Vashenyuk. Muon bursts at the Baksan Underground Scintillation Telescope during energetic solar phenomena. II Nuovo Cimento, 1998, v.21 C, №5, pp.551-573.

44. S.N. Karpov, L.I. Miroshnichenko and E.V. Vashenyuk. The muon bursts with energy >200 GeV during GLE events of 21-23 solar activity cycles. Proc. 29th ICRC, Pune, 2005, v.l, pp. 197-200

45. Л.Д. Дорман, Л.И. Мирошниченко. О методике определения спектра солнечных космических лучей в области высоких энергий. Геомагнетизм и аэрономия, 1966, т.6, №2, с.216-222.

46. М.М. Boliev, S.N. Karpov, V.B. Petkov, A.V. Radchenkov A.N. Zaichenko. Meteorological effects of a single cosmic ray component by the data of Baksan air shower array Andyrchy. Proc. 28th Int. Cosmic Ray Conf., Tsukuba, SH3.6, 2003, pp.4193-4196.

47. Б.М. Яновский. Земной магнетизм. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1978.

48. С.И. Брагинский. Аналитическое описание геомагнитного поля прошлых эпох и определение спектра магнитных волн в земном ядре. Геомагнетизм и аэрономия, 1971, с.1092-1105.

49. С.И. Брагинский. Геомагнитное динамо. Изв. АН СССР, Физика Земли, 1978, №9, с.74-90.

50. Л.Д. Дорман, B.C. Смирнов, М.И. Тясто. Космические лучи в магнитном поле Земли. М., Наука, 1971, с.400.

51. С.И. Брагинский. Аналитическое описание вариаций геомагнитного поля для XX века. Геомагнетизм и аэрономия, 1982, 22(5), с.852-855.

52. С.И. Брагинский. Теория магнитного поля Земли. Земля и Вселенная, 1982 (6), с.40-44.

53. А. Хундхаузен. Расширение короны и солнечный ветер. М., Мир, 1976, 302 с.

54. В.А. Коваленко. Солнечный ветер. М., Наука, 1983, 272с.

55. В.В. Парин, Ф.П. Космолинский, Б.А. Душков. Космическая биология и медицина. Издание 2-е, переработанное и дополненное. М., Просвещение, 1975,223с.

56. Р. Брей, Р. Лоухед. Солнечные пятна. Пер. с англ. М., 1967.

57. Астрономический календарь. Постоянная часть. Изд. 6-е, Наука, 1973.74. http://www.ngdc.noaa.gov/stp/SOLAR/SSN/ssn.html, http://www.wdcb.i-u/stp/data/solar.act/sunspot/

58. М.А. Shea, D.F. Smart. Worldwide trajectory derived vertical cutoff rigidities for 1955 and their applications to the experimental measurements. J. Geophys. Res., 1967, v.72, №7, p.2021.

59. M.A. Shea, D.F. Smart. Vertical cutoff rigidities for cosmic ray stations for 1980. Proc. 18th ICRC, 1983, v.3, p.415.

60. M.A. Shea, D.F. Smart. Vertical cutoff rigidities for cosmic ray stations for 1990. Proc. 25th ICRC, 1997, v.2, p.401.

61. M.A. Shea, D.F. Smart. Vertical cutoff rigidities for cosmic ray stations since 1955. Proc. of 27th ICRC, 2001, v.10, pp.4063-4066.

62. K.G. McCracken. The cosmic ray flare effect 1. Some new methods and analysis. J. Geophys. Res., 1962, v.61, pp.423-434.

63. М.А. Shea, D.F. Smart, K.G. McCracken. A study of vertical cutoff rigidities using sixth degree simulations of the geomagnetic field. J. Geophys. Res., 1965, v.70, №17, pp.4117-4130.

64. M.A. Shea, D.F. Smart. Asymptotic directions and vertical cutoff rigidities for selected cosmic ray stations as calculated using the Finch and Leaton geomagnetic field model. Rep. AFCRL-TR-750247, Bedford MA, USA, 1975, p. 108.

65. J.M. Clem, J.W. Bieber, P. Evenson, et al. Contribution of obliquely incident particles to neutron monitor counting rate. J. Geophys. Res., 1977, v. 102, №A12, pp.26919-26926.

66. E.O. Flueckiger, E. Kobel, D.F. Smart, M.A. Shea. A new concept for the simulation and visualization of cosmic ray particle transport in the earth's magnetosphere. Proc. 22th Intern. Cosmic Ray Conf., Dublin, Ireland, 1991, v.3, SH8, pp.1-12.

67. Дж. Форсайт, M. Мальком, К. Моулер. Машинные методы математических вычислений. М., Мир, 1980, 350с.

68. R. Gall, A. Orozco, С. Marin, et al. Tables of approach directions and points of entry of cosmic rays for higher latitude cosmic ray stations. Inst, of Geofísica, UNAM de Mexico, Mexico, 1984.

69. M.A. Shea, D.F. Smart, H. Carmichael. Summary of cutoff calculations with the International Geomagnetic Reference Field for various epochs. AFCRL-TR-76-0115 rep., Air Force Geophys. Laboratory, Hanscom AFB, Mass. USA, 1976, p.97.

70. J.C. Butcher. On Runge-Kutta processes of high order. Part 2. Journal of Australian Math. Soc., 1964, v.4, pp. 179-194.

71. C.R. Cassity. Solutions of the fifth-order Runge-Kutta equations. SIAM Journal Numer. Anal., 1966, v.3, pp.598-606.

72. Вычислительные методы в физике плазмы. Сб. под ред. Б. Олдера. М., Мир, 1974.

73. Г.М. Хаммуд. Трехмерное семейство 7-шаговых методов Рунге-Кутта порядка 6. Вычислительные методы.и программирование, 2001, т.2.91. http://crO.izmiran.ru/GSM/CC.htm

74. Т. К. Gaisser, М. Honda, P. Lipari and Т. Stanev. Primary spectrum to 1 TeV and beyond. Proc. 27th ICRC, 2001, OG 1.01, p. 1643-1646.

75. J.A. Lockwood, W.R. Weber. Differential response and specific yield functions of cosmic-ray neutron monitors. Journal of Geophysical Research, 1967, v.72, №13, pp.3395-3401.

76. J.A. Lockwood, W.R. Weber and L. Hsieh. Solar flare proton rigidity spectra deduced from cosmic ray neutron monitor observations. Journal of Geophysical Research, 1974, v.79, №28, pp.4149-4155.

77. И.М. Школьник, В.П. Мелешко, Т.В. Павлова. Региональная гидродинамическая модель атмосферы для, исследования климата на территории России. Метеорология и гидрология, 2000, №4, с.32-49.

78. Б.Е. Шнееров, В.П. Мелешко, В.А. Матюгин, П.В. Спорышев, Т.В. Павлова; С.В. Вавулин, И.М. Школьник, В.А. Зубов, В.М'. Гаврилина,

79. В.А. Говоркова. Современное состояние глобальной модели общей циркуляции атмосферы ГГО (версия MGO-2). Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, 2001, вып.550, с.3-43.

80. Физический энциклопедический словарь, под ред. A.M. Прохорова. М., Советская энциклопедия, 1994, с.35.

81. JI.T. Матвеев. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы. JL, 1965, СПб, Гидрометеоиздат, 2000, 751с.

82. Ю.И. Стожков, В.И. Ермаков, П.Е. Покровский. Космические лучи и атмосферные процессы. Известия, РАН, серия физическая, 2001, т.65, №3, с.406-410.

83. Ю.И. Стожков, А.И. Свиржевская, Н.С. Свиржевский. Особенности долговременных вариаций галактических космических лучей по измерениям в атомсфере. Известия РАН, серия физическая, 2003, т.67, №4, с.502-504.

84. О.Г. Богаткин, Г.Г. Тараканов. Авиационные прогнозы погоды. Учебное пособие по Авиационной метеорологии. СПб., 2005.

85. В.И. Блохин, И.А. Белинский и др. Аэропорты и воздушные трассы. М., Транспорт, 1984, 160с.

86. С.Н. Канн, И.А. Свердлов. Расчет самолета на прочность. 5-е издание. М., машиностроение, 1966, 519с.

87. C.B. Веретененко, М.И. Пудовкин. Эффекты вариаций космических лучей в циркуляции нижней атмосферы. Геомагнетизм и Аэрономия, 1993, т.ЗЗ, № 6, с.35-40.

88. М.И. Пудовкин, О.М. Распопов. Физический механизм воздействия солнечной активности и других геофизических факторов на состояние нижней атмосферы, метеопараметры и климат. УФН, 1993, т. 163, №7, с.113-116.

89. D. Heck, J. Knapp, J.N. Capdevielle, G. Schatz, T. Thouw. CORSIKA: A Monte Carlo Code to simulate Extensive Air Showers. Forschungszentrum Karlsruhe Report FZKA 6019. 1998, 90 p.

90. Handbook of Chemistry and Physics. 67th Edition, R.C. Weast ed. The Chemical Rubber Co., Clevelend, 1986, F141.

91. L.D. Landau. On the energy loss of fast particles by ionization. Journal of Physics, USSR, 1944, v.8, № 4, pp.201-205.

92. П.В. Вавилов. Ионизационные потери тяжелых частиц больших энергий. ЖЭТФ, 1957, т.32, вып.4, с.920-923.

93. Ю.А. Будагов, Г.И. Мерзон, Б. Ситар, В.А. Чечин. Ионизационные измерения в физике высоких энергий. М., Энергоатомиздат, 1988.

94. О.И. Савун, А.Ф. Титенков, Ф.Ф. Азаренко и др. ВАНТ, сер. Техника физического эксперимента, 1988, вып.4(39), с. 1-74.

95. В.И. Волченко, Г.В. Волченко, И.М. Дзапарова, С.Н. Карпов, В.Б. Петков, А.Ф. Янин. Измерение энерговыделения в сцинтилляционном детекторе и послеимпульсы Ф.Э.У. Приборы и техника эксперимента; №4, 2005, с.26-33.

96. S.N. Karpov, Z.M. Karpova and А.В. Chernyaev. Multiplicity, yield and' response functions for Baksan EAS-arrays and Muon Detector in comparison with similar functions of Neutron Monitors. Proc. 29th ICRC, Pune, 2005, v.l, pp.261-264.

97. H.C. Каминер. Об учете барометрического эффекта нейтронной компоненты во время вспышек космических лучей. Геомагнетизм и Аэрономия, 1967, т.7. №5. с.806-809.

98. Г.Б. Христиансен, Г.В. Куликов, Ю.Ф. Фомин. Космическое излучение сверхвыской энергии. М., Атомиздат, 1975, с.14-41, с.68-178.

99. Г.Т. Зацепин. Ядерно-каскадный процесс и его роль в развитии широких атмосферных ливней. Доклады АН СССР, 1949, т.67, с.993.

100. Dorman, L.I. Cosmic Rays in the Earth's Atmosphere and Underground. Kluwer Academic Publlishers, The Netherlands, 2004, 855 pp.

101. G.A. Bazilevskaya, E.V. Vashenyuk, V.N. Ishkov et al. Solar Proton Events 1980-1986, Catalogue, edited by Yu.I. Logachev, (Moscow, World Data Center-B-2), 1990.

102. A.I. Sladkova, G.A. Bazilevskaya, V.N. Ishkov, M.N. Nazarova, N.K. Pereyaslova, A.G. Stupishin, V.A. Ulyev, I.M. Chertok. Catalogue of Solar Proton events 1987-1996, Edited by Yu.I. Logachev, Moscow University Press, 1998.

103. L. Ding. Search for possible enhancement in the flux of high energy muons due to the solar flare of 14 July 2000 with the L3+Cosmics Muon Spectrometer. Proc. 27th ICRC, Hamburg, 2001, SHI.07, pp.3372-3374.

104. The L3 collaboration. The solar flare of the 14th of July 2000 (L3+C detector results). Astronomy & Astrophysics, 2006, v.456, pp.351-357.

105. J. Perez-Peraza, A. Gallegos-Cruz., E.V. Vashenyuk, L.I. Mirosnicenko. Spectrum of accelerated particles in solar proton events with a prompt component. Proc. 22th ICRC, Dublin,-N. Ireland, 1991, v.3, pp.5-8.

106. E.V. Vashenuyk, L.I. Miroshnichenko, J¿ Perez-Peraza, A. Gallegos-Cruz.,

107. H. Kananen, P. Tanskanen. Generation and propagation characteristics ofthrelativistic solar protons during the GLE of September 29, 1989. Proc. 25 ICRC, Durban, South Africa, 1997, v. 1, pp. 161-164.

108. Э.В. Вашенюк, Л.И. Мирошниченко. Характеристики генерации и распространения релятивистских СКЛ в событии 29 сентября 1989г. Геомагнетизм и аэрономия, 1998, т.38, №2, с. 129-134.

109. E.V. Vashenyuk, V.V. Pchelkin. The GLE of September 29, 1989 study by copmutaions and experimental data analysis. Proc. 16th Europen Cosmic Ray Symp., Alacala, Spain, 1998, pp.141-144.

110. E.V. Vashenyuk, L.I. Mirosnichenko, B.B. Gvozdevsky. Proton energy spectrum and source parameterd of the September 29, 1989 event. Nuovo Cimento, 2000, v.23C, №3, pp.285-291.

111. M.A.Shea, D.F. Smart, M. Wada, A. Inoue: A suggested standargizedformat for cosmic ray ground-level event data. 19th ICRC, 1985, v.5, p.510-513.

112. M.A. Shea, D.F. Smart, J.E. Humble, E.O. Fluckiger, L.C. Gentile and M.R. Nichol. A revised standard format for cosmic ray ground-level event data. 20th ICRC, 1987, v.3, p.171-174.

113. JI.Д. Дорман. Метеорологические эффекты космических лучей. М., Наука, 1972.

114. О.В. Белоносова, A.B. Белов, В.В. Борог, A.C. Давыдов, Г.М. Крученицкий, С.П. Перов, В.Г. Янке. Мониторинг температуры атмосферы на разных высотах по угловому спектру мюонов. Известия Академии наук, сер. физ., 2005, т.69, №3, с.440-442.

115. З.М. Карпова, Ю.В. Балабин, Э.В. Вашенюк, С.Н. Карпов. Получение спектров релятивистских CKJI с использованием данных Баксанских детекторов ШАЛ. Известия РАН, сер. физ., 2007, т.71, №7, с.972-975.

116. Н.С. Хаердинов. Частное сообщение. 1992.

117. E.W. Cliver, S.W. Kahler, М.А. Shea, D.F. Smart. Injection onsets of ~2 GeV protons and ~1 MeV electrons and ~100KeV electrons in solar cosmic ray flares. Astrophys. J., 1982, v.260, pp.362-370.

118. Я.Л. Блох, И.А. Пименов. Стандартный алгоритм для станции космических лучей по проверке постоянства уровня регистрации. Геомагнетизм и аэрономия, 1967, т.7, №5, с.931-933.

119. Я.Л. Блох, О.И. Иноземцева, Ю.И. Окулов. Алгоритм первичной машинной обработки данных станций космических лучей. В кн.: Космические лучи, М., Наука, 1974, №14, с. 174-186.

120. А.Б. Вертлиб, A.A. Лузов. К вопросу об оценке достоверности данных по вариациям интенсивности космических лучей. В кн.: Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М., Наука, 1974, вып.31, с.161-165.

121. А.Б. Вертлиб, A.A. Лузов, A.B. Сергеев и др. Практический метод оценки достоверности данных регистрации космических лучей. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М., Наука, 1975, т.35, с.161-166.

122. Е. Dyring, В. Sporre. Statical reliability tests of cosmic ray intensity data. ActaPhysica Academial Scientiarum Hongarical. Suppl.2, 1970, pp.95-98.

123. К. Кудела. Некоторые критерии качества измерений многоканального нейтронного супермонитора. Известия АН СССР, серия физическая, 1974, т.38, №9, с.1982-1985.143. http://crQ.izmiran.rssi.ru/bksn/main.htm, http://www.wdcb.ru/index.m.html

124. Я.Jl. Блох, А.С. Позняк, Р.А. Симсарьян. Некоторые принципы и алгоритмы построения систем первичной обработки данных СКЛ. В кн.: Космические лучи. М., Наука, 1976, №16, с.45-50.

125. A. Belov, Ya. Blokh, Е. Klepach, V. Yanke. Primary Processing of Cosmic Ray Station Data: Algorithm, Computer Program and Realization. Сб. Космические лучи, M., Наука, 1988, №25, с. 113-134.

126. S.N. Kuznetsov, I. N. Myagkova, V.G. Kurt, B.Yu. Yushkov and K. Kudela. High energy neutral emissions observed by the SONG experiment onboard CORONAS during some of the large October-November solar flares. Adv. Space Res., 2004.

127. M. Gros, V. Tatischeff, J. Kiener et al. INTEGRAL/SPI observations of the 2003 Oct 28 solar flare. Proc. 5th INTEGRAL Science Workshop, 2004, ESA SB-552, pp.669-676.

128. S. Yashiro, N. Gopalswamy, G. Michalek, О. C. St.Cyr, S. P. Plunkett, N. B. Rich, and R. A. Howard. A catalog of white light coronal mass ejections observed by the SOHO spacecraft. J. Geophys. Res., 2004, 109, A07105.

129. I. Veselovsky, M. Panasyuk, S. Avdyushin et al. (in all 75 authors). Solar and heliospheric phenomena in October-November 2003. Causes and effects. Space Res., 2004, v.42, №5, pp.453-508.

130. K.G. Ivanov, A.F. Kharshiladze, E.P. Romashets. Solar terrestrial storms in October, 2003, 1. Solar sources and interplanetary disturbances near Earth. Geomagnetism and Aeronomia. 2005, v.45, №1, pp.5-22.

131. L.I. Miroshnichenko, K.-L. Klein, G. Trottet, E.V. Vashenyuk, Yu.V. Balabin, B.B. Gvozdevsky. Relativistic Nucleon and Electron Production in the 2003 October 28 Solar Event. J. Geophys. Res., 2005, v.l 10, A09S08.

132. M.A. Shea and D.F. Smart. Possible evidence for a rigidity-dependent release of relativistic protons from the solar corona. Space Sci. Rev., 1982, v.32, pp.251-271.

133. L.J. Cramp, M.L. Duldig, E.O. Flueckiger, J.E. Humble, M.A. Shea and D.F. Smart. The October 22, 1989 solar cosmic ray enhancement: An analysis of the anisotropy and spectral characteristics. J. Geophys. Res, 1997, v.102, №A11, pp.24237-24248.

134. Э.В. Вашенюк, O.B. Мингалев, Б.Б. Гвоздевский. Динамика спектров и проблема генерации релятивистских солнечных протонов. Модельные исследования. Известия РАН, сер. физ., 2003, т.67, с.455-458.

135. E.V. Vashenyuk, Yu.V. Balabin, and B.B. Gvozdevsky. Relativistic solar proton dynamics in large GLE of 23-rd solar cycle. Proc. 28th Int. Cosmic Ray Conf., 2003, v.6, pp.3401-3404.

136. Valery Dvornikov, Marina Kravtsova, Anna Lukovnikova, Valery Sdobnov. Forecast of the Solar Proton Events according to the Rigidity Spectrum Variations of Cosmic Rays. Proc. 30th ICRC, Pre-Conference Edition, Merido, Mexico, 2007, SHI.6, pp. 1-4.

137. B.M. Дворников, M.B. Кравцова, A.A. Луковникова, B.E. Сдобнов. Вариации жесткостного спектра космических лучей в период собтий января 2005г. Известия РАН, сер. физ., 2007, т.71, №7, с.975-977.