Главная - NUCLEON
Главное меню:
- Главная
- Наука
- Эксперимент НУКЛОН
- Текущее состояние
- Коллаборация
- Образование
- Публикации
- Медиа
Космические лучи (КЛ) интенсивно изучались с момента их открытия в 1912 году и к 50-м годам сформировалось отдельное направление физики – физика Космических Лучей. Основными экспериментальными задачами новой области физики стало определение типов частиц космических лучей и измерение их кинетической энергии. Сейчас хорошо известно, что космические лучи представляют собой поток ядер различных элементов, преимущественно водорода, а также, в значительно меньшем количестве электронов. Достоверно изучены и распределения частиц по энергиям до уровня примерно 1013эВ. Однако наблюдаемый диапазон энергий гораздо шире – до 1020эВ и выше, но здесь исследователи столкнулись с серьёзными проблемами.
Главное затруднение в продвижении вверх по энергетической шкале в прямом исследовании компонент КЛ состоит в том, что чрезвычайно дорого построить за пределами атмосферы спектрометр энергии первичной частицы. На сегодняшний день единственный способ построения универсального спектрометра – это изобретенная в 50-х годах в НИИЯФ МГУ методика ионизационного калориметра. Это надежная и достаточно хорошо изученная методика, но она имеет существенный недостаток – требует большого количества плотного вещества поглотителя. Так для достоверных измерений энергий в области 1015эВ требуется установка весом более пяти тонн. Это требование становиться критическим из-за имеющихся на сегодняшний день жестких ограничений по массе при орбитальных экспериментах.
Для продолжения исследований в НИИЯФ МГУ предложен новый кинематический метод определения энергии частиц КЛ. Эта методика, названная создателями КЛЕМ (Kinematic Light weight Energy Meter), позволяет за счет использования новейшей детекторной и электронной базы измерять энергию частиц до 1015эВ при массе установки менее полутоны.
Перспективная идея создания эксперимента на основе данной методики получила поддержку в Российской Академии Наук в начале 2000-х годов и начал реализовываться в рамках Федеральной космической программы России силами НИИЯФ МГУ и российских предприятий и институтов под названием «Эксперимент НУКЛОН».
Концепция эксперимента НУКЛОН
Создание научной аппаратуры относительно небольшого веса (менее 500 кг) и габаритных размеров (менее 1.0 м3), способной решать актуальные задачи экспериментальной физики космических лучей в широком диапазоне энергий 1011-1015эВ. Этот подход не требует собственного космического аппарата. Для ее экспонирования возможно использование дополнительных резервов, которые регулярно появляются на ряде серийных российских КА при выполнении долговременных целевых задач. Такая концепция позволила минимизировать затраты приблизила срок проведения космического эксперимента.
Основные характеристики аппаратуры НУКЛОН
- Диапазон измерения энергий частиц 1012-1015эВ;
- геометрический фактор - ~ 0.2 м2 ср (геометрический фактор для электронов,позитронов/гамма-квантов ~ 0.1 м2 ср);
- зарядовое разрешение не менее 0.3 зарядовых единиц;
- энергетическое разрешение от 70% для адронов до 10% для электромагнитной компоненты.
Декларируемые характеристики были экспериментально подтверждены в ходе ускорительных экспериментов на выведенном пучке SPS CERN адронов, ядер и электронов в области энергий 50-350 ГэВ, и зарядов Z=1-30.
Летный и технологический образцы научной аппаратуры НУКЛОН, адаптированные для установки в качестве дополнительной полезной нагрузки на серийном космическом аппарате «Ресурс-П» №2, изготовлены и прошли полный цикл автономных испытаний в середине 2014 года.
Рис.1 Летный образец научной аппаратуры НУКЛОН перед закрытием люка гермоконтейнера.
В конце декабря 2014 г . ракетоноситель Союз-2.1Б успешно стартовал с Байконура, выведя на расчетную орбиту КА Ресурс-П №2 с научной аппаратурой НУКЛОН. В январе-феврале 2015 г . аппаратура НУКЛОН успешно прошла летные испытания и начала набор научной информации.
Рис.2 Гермоконтейнер научной аппартуры НУКЛОН подстыкован к КА «Ресурс-П» №2
(снизу под желтыми чехлами термоизолирующих матов), идет установка КА под головной
обтекатель ракето-носителя.
Ожидаемый научный результат
Несмотря на скромные используемые ресурсы, такие как масса, геометрические размеры, энергетика и т.п., эксперимент НУКЛОН увеличит общемировую статистику, собранную за предыдущие 50 лет исследования, как минимум в 2 раза. Причем речь идет о качественно новом материале - впервые будет исследован беспрецедентно широкий энергетический диапазон КЛ в четыре порядка единой методикой в ходе долговременного орбитального эксперимента.
Благодарности
Научный коллектив эксперимента НУКЛОН выражает глубокую признательность руководству и сотрудникам организаций и предприятий, участвовавших в создании и испытаниях комплекса научной аппаратуры НУКЛОН:
1. ОАО « РКЦ Прогресс» (Самара);
2. ФГУП «Научно-производственное объединение Автоматики» им. академика Н.А. Семихатова»
(г. Екатеринбург)
3. ФГУП КБ «Арсенал» им. М.В.Фрунзе (г. С-Петербург)
4. ЗАО НПП «САИТ» (г. Москва, г. Зеленоград)
5. НИЯУ МИФИ (г.Москва);
6. Объединенный институт ядерных исследований (МО, г. Дубна)
7. Научный центр Оперативного Мониторинга Земли (г.Москва)
8. ЗАО «Научно-исследовательский институт материаловедения» (г. Москва, Зеленоград).
Работы выполняются в рамках государственного контракта Роскосмоса «Создание комплекса научной аппаратуры Нуклон, обеспечивающей проведение исследований космических лучей высоких энергий и их химического состава» ГК 808-5613/12 от 10.05.2012