Научные исследования с КНА НУКЛОН в космическом пространстве преследуют следующие цели:
- Проверка астрофизических моделей рождения, ускорения и распространения космических лучей высоких энергий в Галактике при помощи определения энергетических спектров и химического состава КЛ высоких энергий в экстремально широком энергетическом диапазоне 1011-1015 эВ/частица.
- Изучение тонкой структуры представленности различных химических элементов в космических лучах в диапазоне Z=1÷30, в частности изучение зависимости представленности различных химических элементов от первого ионизационного потенциала и параметра летучести является чрезвычайно актуальной задачей, позволяющей пролить свет на многие давно стоящие проблемы происхождения КЛ. Кроме того, получение отношения вторичных к первичным ядрам при высоких энергиях является чрезвычайно актуальной задачей, позволяющей ответить на вопрос, как переходить от наблюдаемого потока КЛ к спектру в источниках, существует ли доускорение КЛ во время распространения до КЛ до Земли, а также уточнить информацию о структуре Гало Галактики, наличии крупномасштабных турбулентностях, галактического ветра и т.д.
- Измерение энергетического спектра электронов в составе КЛ в области высоких энергий (Ee выше ~1 ТэВ) чрезвычайно актуально, в частности, с целью поиска близкого источника частиц высоких энергий, кроме того эти измерения позволят оценить перспективы поиска частиц темной материи в КЛ по продуктам их аннигиляции.
Конкретная задача, стоящая перед КНА НУКЛОН для достижения данных целей - непрерывное измерение в режиме мониторинга параметров и величин электромагнитного и ядерного излучений: зарядов частиц КЛ (ядер и электронов), их энергии, а также выделение электронов КЛ из потока ядер (протонов и др.), измерения должны проводиться в течении не менее 5 лет САС КА «Ресурс-П» №2.
Для достижения поставленных целей КНА НУКЛОН должен обеспечивать:
- регистрацию космических лучей высоких энергий в диапазоне энергий от 1011 до 1015 эВ и в диапазоне зарядов Z=1÷30, эффективный геометрический фактор КНА НУКЛОН должен составлять не менее 0.20 м2ср для всех видов частиц КЛ. Общее энергопотребление КНА НУКЛОН не более 160 Вт.
- поэлементное разрешение ядер космических лучей с Z=1÷30, средняя погрешность в зарядовых измерениях должна составлять не более 0.3 зарядовой единицы.
- выделять события для регистрации частиц КЛ с первым неупругим ядерным взаимодействием в веществе мишени. В триггерной системе КНА должна быть обеспечена возможность изменения энергетического порога регистрации первичных частиц КЛ. Время выработки триггерного сигнала на считывание информации с датчиков КНА не должно превышать 1 мкс.
- проводить измерения энергии ядер (в т.ч. протонов) КЛ со средней погрешностью не более 80% для индивидуального события в заданном диапазоне ядер КЛ.
- в апертуре не менее 0.05 м2ср выделять из состава КЛ электромагнитную компоненту (электроны, позитроны, гамма-кванты). Уровень режекции ядер КЛ в МИК должна составлять не менее 10-3 Средняя погрешность энергетических измерений должна составлять не более 15% для индивидуального события э-м компоненты.
Преимущества эксперимента НУКЛОН по сравнению с другими экспериментами
Не смотря на маленький вес прибора, такой эксперимент имеет целый ряд преимуществ перед другими проектами использующие тонкие калориметры.
В настоящий момент суммарный планируемый фактор экспозиции эксперимента НУКЛОН превышает почти в 10 раз имеющиеся эксперименты.
Исследование в космосе доли вторичных к первичным ядер имеет принципиальное преимущество по сравнению с баллонными экспериментами, в которых остаточная атмосфера составляет около 6 г/см2, что в десять раз превышает толщу вещества, проходимого ядрами в Галактике при энергии около 1 ТэВ.
Поскольку прибор почти не имеет тяжелого вещества, то ожидаемый обратный ток, искажающий зарядовое разрешение на порядки меньше, чем в обычных тонких калориметрах и можно ожидать прецизионное измерение тонкой структуры химсостава ГКЛ.
Прибор дает возможность проведения мониторинга заряженных частиц с энергией 1 ТэВ в условиях отсутствия искажающего влияния атмосферы.