ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ / процесс заполнения продолжается, но, к сожалению, очень медлено/
Прогресс солнечно-земной физики обеспечивается быстро развивающейся инструментальной базой. После 1958 года
к наземным приборам и установкам прибавились измерения в открытом космосе, отличающиеся
отсутствием условий для контактного обслуживания приборов, необходимостью передачи результатов измерений
на большие расстояния и, конечно, характером среды, в которой работает прибор. С такими, например, проблемами, как пробой
в высоковольтных блоках питания детекторов, экспериментаторы столкнулись
еще до начала космической эры при организации ракетных и аэростатных измерений.
Имеются определенные различия и в том, как развивались эти два направления в последние десятилетия. Наземные
измерения имеют тенденцию к унификации, к созданию сетей однотипных прибров, которые
как бы становятся единой установкой для исследоваения пространственно-временных характеристик
того или иного явления. Такова мировая сеть нейтронных мониторов, меридианальные цепочки магнитных
станций Canopus в Северной Америке и IMAGE в Скандинавии и другие временные или постоянные объединения.
В космических исследованиях унификации нет и она пока в принципе невозможна:
быстрый прогресс в разработке приборов приводит к тому, что на каждом новом спутнике ставятся новые модификации приборов.
Вместе с тем, общие принципы работы детекторов сохраняются и будут изложены на данном сайте вместе с конкретными примерами.
Содержание сайта отражает деление приборов по объектам измерений:
- - Заряженные частицы и рентгеновское излучение,
- - Магнитное поле, вариации и пульсации,
- - Электрическое поле,
- - Оптический диапазон,
- - Электромагнитные волны
Кроме того, в отдельный раздел выделено описание некоторых (всех не перечесть!)
космических миссий.
ДЕТЕКТОРЫ ЧАСТИЦ
На заре исследований заряженных частиц в первых примитивных приборах использовались
способность создавать ионизацию, отклоняться в магнитном поле и
вызывать вспышки свечения. Те же принципы сохраняются и в современных приборах, только
в существенно более усложненных установках.
Ионизационные калориметры
Ионизационный калориметр представляет собой достаточно толстый блок вещества, прослоенный детекторами ионизации,
что позволяет, используя показания детекторов, определять полную ионизацию, создаваемую каскадом, генерированным
первичной частицей, и затем найти первичную энергию,
используя либо моделирование каскадного процесса, либо калибровки ионизационного калориметра на ускорителе.
Если толщина калориметра мала, так что имеется лишь 1-2 слоя детекторов ионизации, то калориметр превращается в так
называемую толчковую установку (толчком называется всплеск ионизации в детекторе при прохождении лавины заряженных
частиц). В отличие от калориметров, толчковые установки позволяют измерять лишь число заряженных частиц в максимуме
каскада, а не полную ионизацию, создаваемую каскадом.
Ионизационный калориметр использовался для определения энергии частиц в спутниковых установках серии «Протон» группой Н.Л. Григорова (см. ниже).
Он состоял из сборки слоев поглотителя (140 г/см2 Pb и 855 г/см2 Fe) между 16 слоями ионизационных камер.
Ионизационный калориметр может существовать в фотоэмульсионном варианте, а также представлять собой сочетание слоёв рентгеноэмульсионной плёнки, используемой
как детектор ионизации, измеряемой по оптической плотности почернения плёнки, со слоями поглотителя.
Схему аэростатного фотоэмульсионного калоримера,а также включающего калориметр стратосферног комплекса AMS см. здесь
Детектирование нейтральных атомов
Перезарядка атомов - процесс потери или захвата электрона летящим ядром, в результате
котрого заряженная частица становится нейтральной или наоборот. Перезарядка,
в частности, позволяет заряженным частицам проникать или покидать магнитную ловушку.
Регистрация таких нейтральных частиц вылетающих из радиационного пояса,
позволяет проводить его дистанционное зондирование.
Спектрометры или масспектрометры нейтральных атомов также используют
эффект перезарядки, превращая нейтральный атом в заряженных входе прибора.
Пример такого детектора см. здесь
Времяпролетные (ToF) детекторы
Для того, чтобы определять одновременно энергию и массу частицы, необходимо кроме общей
энергии измерять дополнительный параметр, например, удельную потерю энергии,
dE/dx или скорость частицы. Измерение скорости при малых размерах детектора,
требует наносекундной точности и стало возможным только в последнее время.
Схема и описания спектрометра, использующего измерение скорости, см. здесь
КОСМИЧЕСКИЕ ПРОЕКТЫ
Микроспутник "Университетский - Татьяна"
Запуск студенческого образоательного спутника "Татьяна" был подарком НИИЯФ МГУ к 250-летию Московского Университета.
Построенная на базе данных измерений спутника научная программа освещаетсяя подробно на сайте
http://cosmos.msu.ru Краткое описание аппаратуры дублируется здесь
Орбитальные космические станции "МИР" и "МКС"
Спутники космических лучей серии "Протон"
Мощная отечественная ракета "Протон" получила
название по имени спутников "Протон", запущенных этой ракетой в 1965 году. История их запусков излагается в книге пионера советского космического приборостроения
Ю.И. Логачева 40 лет космической эры в НИИЯФ МГУ См. у нас на сайте
Научная задача состояла в изучении энергетического спектра и химического состава галактических космических лучей
Рис.1 Схематическое изображение прибора СЭЗ-14 I - детектоp взаимодействия; II - нижний сцинтилляционный счетчик; III - ионизационный калоpиметp; 1-10 - сцинцилляционные детектоpы энеpгии; 11 - диффузоp детектоpа энеpгии; 12 - диффузоp детектоpа взаимодействия; 14-16 - фотоумножители; 17 - детектоp заpяда (сдвоенный
пpопоpциональный счетчик); 18 - детектоp напpавления; а - полиэтилен; б - железо; в - углеpод; г - свинец.
в
области энергий 1011 - 1014 эВ. Для измерения энергии таких частиц необходимо, чтобы они
остановились в объеме прибора, выделили в нем всю свою энергию, а пробег протонов и созданных ими вторичных частиц при
таких энергиях составляет более метра железа, т.е. для их поглощения требуется прибор очень большого объема,
заполненного тяжелым веществом (свинец, железо и др.)
Для измерения энергии космических частиц в наземных экспериментах к тому времени широко использовались ионизационные
калориметры, изобретенные ранее в СССР. Такая же методика была применена и на спутниках "Протон". Метод измерений был
предложен Н.Л.Григоровым, он же осуществлял конкретное
руководство изготовлением приборов, проведением экспериментов и обработкой результатов. На спутнике "Протон-1" был
установлен прибор СЭЗ-14 (Спектр, Энергия, Заряд до 1014 эВ ) весом около 7 тонн.
В состав прибора СЭЗ-14 кроме
калориметра входили также детекторы заряда частиц в виде ионизационных камер и мишени из графита и железа, в которых
происходило взаимодействия частиц с веществом. Схематическое устройство прибора СЭЗ-14 приведено на рисунке.
| Запуск спутников серии "КЛАСТЕР", Байканур |
|
