книги из ГПНТБ / Григоров, Н. Л

гистрации этих сцинтилляций чувствительной фотопленкой, на­ ходящейся в контакте с сцинтиллятором [37]. Поскольку этот метод обладает более высокой чувствительностью, чем появив­ шиеся позднее специальные рентгеновские пленки, которые ши­ роко применяются для аналогичных целей, нам представляется целесообразным изложить основные результаты, которые были получены сцинтилляционным методом визуальной регистрации ливней.

Спектр излучения большинства люминофоров, используемых в экспериментальной практике для регистрации заряженных час­ тиц, совпадает, как правило, с областью длин волн, наиболее актнничных для светочувствительных материалов (3500—4500 А). Это обстоятельство может быть использовано в целях детектиро­ вания ливней заряженных частиц (в частности, электронно-фотон­ ных ливней, развивающихся в веществах с большим Z) путем не­ посредственного контактного фотографирования сцинтилляций, возбуждаемых потоком ливневых частиц. Такую возможность можно реализовать, если плотность падающих частиц достаточна, чтобы создать поток световой энергии на единицу поверхности

Дальнейшее развитие этой идеи привело к созданию более чувствительных детекторов ливней [38].

Существенное значение в ряде случаев имеет снижение порога детектирования ливней. Применением соответствующих материалов и целесообразной конструкцией удается существенно уменьшить этот порог. В разработанном детекторе используются высокочув­ ствительная рентгеновская пленка (Агфа-Рапид) и вольфраматный экран УФД-2 в качестве люминофора. Двухсторонний чувст­ вительный слой рентгеновской пленки плотно заключается между двумя люминесцирующими экранами. Как показывают измере­ ния, двойной слой этих люминофоров в применении к данному

люминофоре. Сопоставление кривых 2 и 1 совместно с учетом поглощения электронов в веществе экранов позволяет определить величину Л', которая оказывается порядка 160 мкм (толщина люмииесцирующего слоя — порядка 400 мкм).

Если принять в качестве допустимого нижнего предела плот­ ность почернения 0,1 над уровнем фона, то, согласно кривой 2

тора ливней и рентгеновской пленки. С этой целью на рис. 3.8 для сравнения приведена зависимость почернения от плотпости частиц для высокочувствительной рентгеновской пленки «Sakura ./V»

меньше чувствительности, достигаемой с применением вольфраматных экранов, т. е. соответствует энергии первичного у-кванта 7 - Ю 1 1 ^ 101 2 эв. Аналогичная ситуация наблюдается и при ис­ пользовании рентгеновской пленки отечественного производства РТ-6 при детектировании мощных электромагнитных каскадов. Проведенная калибровка пленки РТ-6 естественными ливнями, одновременно регистрируемыми ядерными эмульсиями, показала,

Данная методика была использована на втором космическом корабле-спутнике Земли в приборе ФЭ-2 для регистрации элект­ ронно-фотонных ливней, возникающих в результате ядерного взаимодействия в эмульсионной стопке частиц первичного косми­ ческого пзлучепия с энергией больше 101 2 эв [80].

как и любой метод применения неуправляемых детекторов, конт­ ролируемых управляемыми детекторами, пригоден тогда, когда вероятность обнаружения случайных событий, подобных истин­ ному, на площади поиска много меньше 1. Только в этом случае найденное событие с большой степенью вероятности может быть отнесено к категории искомого события.

При работе с ядерными фотоэмульсиями, как правило, время экспозиции стараются сделать возможно большим. При этом оно лимитируется либо техническими возможностями эксперимента (например, продолжительностью полета баллона при экспозиции эмульсий на баллонах), либо временем набора фона до допусти­

т. е. для выбранного класса событий частота фоновых событий

и обсуждать. Мы хотим обсудить возможность временной селекции событий в дополнение к пространственной локализации, чтобы повысить точность отбора событий в ядерной фотоэмульсии в ус­ ловиях длительной экспозиции.

Эта идея применительно к регистрации мощных ливней со­ держалась уже в ранее цитированной работе [37], однако свое первое практическое осуществление она получила в 1964—66 гг. в двух разных установках [30, 40]. Идея заключается в том, чтобы мощный ливень из заряженных частиц регистрировать в детек­ торе (в рентгеновской пленке с вольфраматным экраном или в специальной рентгеновской пленке РТ-6), перемещающемся отно­

(неподвижная и перемещающаяся) будут установлены одна отно­ сительно другой в точно такое положение, какое было в момент прохождения через них ливня. При любой другой относительной позиции пленок пятна почернения, принадлежащие одному и тому же ливню и находящиеся на разных пленках, между собою не совпадут. Поэтому, если известен закон перемещения пленки во времени, то по положению одной пленки относительно другой, при котором совпадают почернения, принадлежащие одному и тому же ливню, можно определить момент времени, когда через

пленки прошел данный ливень частиц. Таким путем появляется возможность ввести еще одну координату измерений — времен­ ную и тем самым уменьшить число случайных событий на фиксиро­ ванной площади поиска.

В установке с большим ионизационным калориметром этот метод временной селекцпи ливней был осуществлен в следующей редакции. Ядерные эмульсии размещались над ионизационным калориметром в специальных блоках (см. рис. 2.8). Ими была покрыта вся площадь ионизационного калориметра, т. е. 10 м2.

Рис. 3.9. Схема устройства для времешкш селекции ливней.

Под блоками с эмульсией располагались рентгеновские пленки для временной селекции ливней. Все устройство над ионизацион­ ным калориметром состояло из 16 одинаковых секций. Схемати­ ческое изображение одной секции показано на рис. 3.9. Блоки с ядерной эмульсией 1 располагались на гладких и ровных свин­ цовых плитах 2 толщиной0,5 см. Под этим слоем свинца находи­ лась подвижная рулонная рентгеновская пленка 3 и с ней в кон­ такте — такая же рулонная рентгеновская пленка, но неподвиж­ ная (4). Обе пленки специальными стальными листами (на рис. 3.9 не показаны) всей своей поверхностью были прижаты снизу к свинцовой плите 2. Рулонная подвижная пленка сматывалась с бобины 5 и наматывалась на приемную бобину 6. Для фиксации положения подвижной пленки в различные моменты времени слу­ жил световой отметчик 7, наносивший на пленку через определен­ ные интервалы времени различные комбинации точек.

Подвижная пленка в фиксированном положении экспонирова­ лась в установке в течение 24 часов. При этом на все 16 световых датчиков подавался один и тот же код. Тот же световой код был выведен и на табло фоторегистратора, на котором фиксировалась вся информация, относящаяся к данному регистрируемому со­ бытию.

Спустя 24 часа пластины, поджимающие рентгеновские пленки к свинцовым плитам, опускались, и все приемные бобины, за­ крепленные на одном валу, вручную с помощью рукоятки повора­ чивались на небольшой угол. Этим осуществлялось продольное перемещение всех подвижных пленок на 1,5—2 см. После этого рентгеновские пленки вновь поджимались к свинцовым пласти­ нам, изменялся световой код на световых датчиках и в новом по-

ложении подвижной пленки проводилась экспозиция в течениеочередных суток.

В описанном варианте подвижная рентгеновская пленка пере­

значным сопоставление данных ионизационного калориметра, рентгеновских пленок, а следовательно, и ядерных эмульсий.

Благодаря применению временной селекции ливней удалось осуществить регистрацию стволов широких атмосферных ливней

спомощью ядерных фотоэмульсий, ионизационного калориметра

исистемы счетчиков Гейгера — Мюллера [40].

Второй вариант той же идеи вредіенной селекции практически в то же время (1965 г.) был осуществлен в установке, в которой экспонировалась большая эмульсионная стопка, соединенная с- ионизационным калориметром (см. рис. 3.2 и 3.6), и в установке того же назначения, поднятой в 1970 г. на баллоне на большую высоту [41]. В этом варианте подвижная рентгеновская пленка передвигалась относительно неподвижной после каждого управ­ ляющего сигнала, приводящего в действие систему регистрации сигналов от ионизационного калориметра и другие управляемые детекторы частиц высокой энергии. При каждом перемещении, рентгеновской пленки автоматически изменялся световой код, которым маркировалось положение подвижной рентгеновской пленки в момент регистрации установкой данной частицы.

При такой системе управления перемещением рентгеновской пленки случайные совпадения пятен почернения на рентгенов­ ской пленке с регистрируемой частицей высокой энергии будут определяться только возможностью создания пятен почернения частицами высокой энергии без одновременной выработки ими управляющего сигнала, т. е. они могут быть практически сведены к нулю удачным выбором системы выработки управляющегосигнала.

Глава IV

Адроны космических лучей высокой энергии в нижней части атмосферы

§ 1. Введение

Идея ионизационного калориметра возникла в связи со стрем­ лением изучать элементарный акт взаимодействия частиц космических лучей известной энергии. После разработки ионизационного калориметра много внимания и сил было уде­ лено решению задач объединения ионизационного калориметра со всеми применяемыми в физике космических лучей средствами

что для решения многих задач физики космических лучей ио­ низационный калориметр может быть использован как самосто­ ятельный прибор.

В работе [5] было показано, что использование только иони­ зационного калориметра позволяет определить эффективное сече­ ние неупрутого взаимодействия частиц с атомными ядрами веще­ ства ионизационного калориметра, позволяет изучать характер флуктуации в потерях энергии адронами в первом акте их взаимо­ действия с атомными ядрами вещества ионизационного калоримет­ ра. Последующие эксперименты показали возможность изучать вид энергетического спектра адронов высоких энергий, измерять их абсолютный поток, оценивать долю пионов в потоке адронов (по соотношению нейтральных и заряженных частиц). Развитие работ по физике частиц высоких энергий в космических лучах показало, что ионизационный калориметр как самостоятельный прибор может с успехом применяться и для изучения мюонов высокой энергии [44, 45].

В настоящей главе будут изложены результаты изучения спек­ тров адронов высокой энергии (101 1 — 101 3 эв) в глубине атмо­ сферы и сечений их взаимодействия с ядрами атомов воздуха.

Вид энергетического спектра нуклонов на различных глу­ бинах атмосферы и абсолютный поток нуклонов определяются рядом фундаментальных характеристик их взаимодействия с ве­ ществом (при известном спектре первичных космических лучей). Поэтому изучению энергетического спектра частиц космических лучей в области высоких энергий на протяжении многих лет уделялось большое внимание.

Суть дела заключается в следующем. Пусть F (Е, x)dE — вертикальный поток нуклонов с энергией в интервале Е, Е -f- dE на глубине атмосферы х г/см2. Тогда для изменения F (Е, х) с глубиной можно написать следующее уравнение:

роятность того, что у нуклона с энергией Е' после взаимодействия останется энергия Е, Е + dE.

Уравнение (4.1) справедливо в предположении, что пионы высокой энергии и другие вторичные частицы при взаимодействии

является масштабно инвариантной функцией, зависящей только

Действительно, если подставить (4.2) в уравнение (4.1), то мы получим:

т. е. при выполнении условий (1) — (3) чисто степенной спектр первичных нуклонов на границе атмосферы будет оставаться степенным спектром с тем же показателем степени на всех глу-

ч5инах атмосферы. Интенсивность же нуклонов фиксированной энергии Е будет с глубиной убывать по экспоненциальному за­ кону е~х/Ьп. При этом пробег для поглощения L n , пробег взаи­ модействия К и величина < y Y - 1 > связаны между собой соотноше­ нием (4.3).

К этим выводам впервые пришел Г. Т. Зацепин еще в 1949 г. [46].

Заметим, что по определению среднего коэффициента неупругостп взаимодействия нуклонов <А" >

ляется наиболее доступным средством обнаружения зависимости <АТ > или % от энергии нуклонов.

В самом деле, допустим, что на глубине хг интегральный энер­

на двух глубинах атмосферы хг и хх позволяет обнаружить весьма

частиц с разными энергиями. Наибольшая статистика приходится