Уникальные научные установки

Якутская комплексная установка широких атмосферных ливней (ЯКУШАЛ) им. Д.Д. Красильникова (ЯКУШАЛ)

УНУ создана в 1973 году

Данная УНУ была поддержана в рамках мероприятия 1.8 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»
Адрес
Руководитель работ
  • 👤Слепцов Иван Ефимович
  • 📞 (4112) 390459; факс (4112) 390450
  • sleptsov@ikfia.ysn.ru
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
да3339.12
Базовая организация

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера Сибирского отделения Российской Академии Наук»

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Якутская установка ШАЛ предназначена для изучения космических лучей сверхвысоких энергий, что является одной из наиболее актуальных проблем астрофизики. В области сверхвысоких энергий (выше 1014 эВ) исследование их свойств основано на регистрации и изучении широких атмосферных ливней (ШАЛ). От первичной частицы за счёт ядерных и электромагнитных взаимодействий уже в верхних слоях атмосферы начинается и развивается вглубь лавинообразный процесс образования мощного потока вторичных элементарных частиц. Такие события регистрируются сетью детекторов вторичных частиц, расположенных на большой площади. Основу Якутской установки составляют отдельные станции наблюдения, в которых установлено по 2 сцинтилляционных счетчика площадью 2 кв. м каждый и приемник черенковского излучения на основе фотоумножителя ФЭУ-49 (диаметр фотокатода 15 см). Сцинтилляционные детекторы измеряют плотность заряженных частиц ливня в диапазоне 1-104 м-2 с точностью 10%. Для определения направления прихода первичной частицы на станциях измеряется относительное время прихода фронта ливня с точностью 100 нс. В настоящее время 49 станций, участвующих в отборе событий, расположены в круге радиусом 2 км, так чтобы образовывалась сетка из правильных треугольников. На 19 станциях в круге радиусом 1 км помимо сцинтилляционных счетчиков установлены приемники атмосферного черенковского излучения – черенковские  интегральные детекторы. События отбираются в центре при одновременном срабатывании 3 пунктов, образующих треугольник. Расстояние между соседними станциями равно 500 м, или 1000 м. Такой триггер отбирает ливни от первичных частиц с энергией выше 5∙1016 эВ. В центральном круге радиусом 250 м в различных пунктах установлены еще 9 сцинтилляционных счетчиков по 2 кв. м и 12 черенковских детекторов, измеряющих сигнал в ливнях независимо. Эти детекторы образуют независимую установку, отбирающую события с энергией больше 1015 эВ с помощью детекторов черенковского излучении (малая черенковская установка МЧУ). Для основной установки эти детекторы являются дополнительными и не используются для отбора события.Для измерения в ливнях потока мюонов с  пороговой энергией 1 ГэВ работают 5 подземных пунктов, размещенных в центральном круге радиусом 1 км. В них установлены такие же или подобные сцинтилляционные счетчики. Общая площадь регистрирующих детекторов в каждом таком пункте около 20 кв. м. В большом мюоном детекторе (БМД) установлено 90 стандартных двухметровых сцинтилляционных счетчиков. Пороговая энергия для мюонов 0.5 ГэВ. В БМД для каждого счетчика производится измерение амплитуды сигнала и времени срабатывания относительно синхроимпульса основной установки с точность 5-7 нсек.    Характеристики: - Общая площадь ЯКУШАЛ – 12 кв. км.;  - Порог по энергии основного триггера – 5∙10^{16} эВ; -  Порог по энергии МЧУ – 10^{15} эВ; - 58 станций наблюдения, в которых  установлено 107 сцинтилляционных детекторов площадью 2 кв. м каждый для измерения плотности заряженных частиц; - 31 детектор черенкоского излучения; - 5 подземных пунктов для регистрации мюонов с энергией выше 1 ГэВ, площадь детекторов 20 кв. м в каждом пункте;  -    Большой мюонный детектор – площадь детекторов 180 кв. м, порог регистрации мюонов 0.5 ГэВ; -     Динамический диапазон измерения плотности – 10^4;  - Аппаратурная точность – 10%; - Точность измерения времени прихода частиц ливня – 100 нс.  В настоящее время разработаны основные узлы новой электроники станций наблюдения и мюонных детекторов. После завершения модернизации точность измерения времени станет 10 нс, а амплитуды сигнала меньше 5%. В последние годы создано три комплексные станции (Обскура 1,2,3), которые включают черенковский дифференциальный детектор (ЧДД) на основе камеры обскура и дополнительные детекторы для исследования временной структуры фронта ливня. ЧДД позволяет проводить прямые измерения продольного развития индивидуального ливневого события. На Якутской установке создана система для регистрации радиоизлучения от ШАЛ.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

Установка предназначена для исследования космического излучения сверхвысоких энергий, достигающего атмосферы Земли. Изучаются развитие каскадных процессов в атмосфере Земли, а также характеристики первичного излучения: интенсивность, энергетический спектр, состав, источники (области), генерирующие частицы с энергией в сотни и тысячи раз превышающие энергии, достигнутые в настоящее время на современных ускорителях мира. В настоящее время Якутская установка ШАЛ является единственной в России и одной из крупнейших установок в мире, ведущих исследования в области энергий выше 1017 эВ. Основное и существенное её отличие от зарубежных аналогов - комплексность измерений характеристик ШАЛ. Только на Якутской установке ШАЛ реализовано одновременное измерение трех главных компонент ливня: потоков электронов, мюонов и излучения Вавилова - Черенкова частицами ШАЛ в атмосфере

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • изучение свойств широких атмосферных ливней;
  • изучение параметров ядерных взаимодействий в области экстремальных энергий;
  • исследование характеристик космических лучей выше 10^{15} эВ.

Наиболее значимые научные результаты исследований

Впервые в мире получена оценка энергии частицы, инициирующей широкий атмосферный ливень (ШАЛ), калориметрическим методом по результатам измерения потока черенковского излучения ШАЛ в диапазоне выше 10^{17} эВ. Энергетический спектр космических лучей, полученный на основе этой оценки, имеет сложную форму и его особенности хорошо согласуются с предсказаниями теории происхождения космических лучей, предполагающей, что источниками частиц с энергией выше 10^{19} эВ являются активные ядра галактик. Обнаружена корреляция направлений прихода частиц предельных энергий (выше 4×10^{19} эВ) с положением активных ядер галактик, находящимися на расстояниях меньше 65 Мпк. На основе анализа содержания мюонов в широких атмосферных ливнях получен наиболее строгий среди мировых данных верхний предел доли фотонов в составе космических лучей в широком интервале энергий от 10{18} до 10{20} эВ. По распределению высоты максимума развития ливня, полученного из данных по черенковскому излучению ШАЛ, определена зависимость среднего массового числа космических лучей от энергии в интервале от 10^{15} эВ до 10^{19} эВ. Только на Якутской установке состав космических лучей исследуется единой методикой в таком широком интервале энергий, в котором ожидается переход от галактических КЛ к внегалактическим. Единой методикой в широком интервале энергий, недоступном современным ускорителям, от 10^{15} эВ до 10^{19} эВ, получена оценка сечения неупругого взаимодействия протонов с ядрами атомов воздуха.

678011, Хангаласский улус (Якутия), с. Октемцы

Перечень объектов в составе УНУ (1)

Наименование Изготовитель Страна Год выпуска Количество единиц
Якутская комплексная установка широких атмосферных ливней - ЯКУШАЛ
Назначение, основные характеристики
Россия ИКФИА СОРАН, ФИАН, НИИЯФ МГУ Россия 1973 1

Услуги (6)

Для подачи заявки на оказание услуги щелкните по ее наименованию.
Наименование Приоритетное направление
Совместное исследование пространственного распределения электронов и мюонов в ШАЛ с энергией выше 10^{17} эВ.
Предоставление данных мюонных детекторов и их совместный анализ для определения доли фотонов в составе космических лучей сверхвысоких энергий
Мониторинг прозрачности атмосферы в районе Якутской установки ШАЛ
Совместный анализ данных полученных на комплексных станциях Обскура 1,2,3 Якутской установки ШАЛ
Предоставление данных Якутской установки по мюонной компоненте ШАЛ и их совместный анализ для получения оценки массового состава космических лучей
- наиболее востребованная услуга
Производственная практика и подготовка дипломных работ студентов Северо-восточного федерального университета
- наиболее востребованная услуга

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий