Известия РАН. Серия физическая, 2021, T. 85, № 5, стр. 757-760

СКОРОСТНАЯ СИСТЕМА СБОРА

В Полярном геофизическом институте (ПГИ) создана скоростная система сбора данных (ССД) для любых детекторов. С помощью современных цифровых технологий производится фиксация и запись в файл времени появления каждого импульса с точностью до 1 мкс. Система меет 32–48 входных каналов, суммарная интенсивность счета по всем каналам может достигать ~2105 имп./мин без пропуска входных импульсов. Фиксируется не только время появления импульса, но и номер канала, в котором он появился. “Мертвое время” системы составляет около 6 мкс: появление нового импульса ранее 6 мкс воспринимается ССД как одновременное. Поскольку в электронном тракте нейтронного монитора (НМ) встроено мертвое время 10 мкс, то ССД не ухудшает работу НМ. Темп счета НМ составляет ~104 имп./мин. Один из каналов отведен для записи секундных импульсов высокой точности от приемника GPS. Таким путем производится привязка данных к мировому времени [1].

ССД установлена на четырех станциях НМ (Баренцбург, Апатиты, Москва, Баксан). ССД позволяет при обработке исходных файлов получать любое временное разрешение уже после того, как данные сохранены. С помощью ССД проводятся исследования событий множественности на НМ. ИСЗФ и ПГИ провели совместную работу по восстановлению дополнительной секции НМ на высокогорной станции Иркутск-3 в Саянах и установили на новой секции ССД.

НОВАЯ ВЫСОКОГОРНАЯ СТАНЦИЯ НМ

Данные, получаемые с помощью ССД, используются для изучения множественности на НМ. Множественность возникает несколькими путями. Во-первых, высокоэнергичная частица может выбить из ядра свинца, который окружает счетчики, несколько нейтронов [2, 3]. Во-вторых, на НМ может попасть адронный ствол ШАЛ, в котором количество частиц велико [4, 5]. Сохраняемые данные позволяют отбирать события множественности заданного числа М и получить детальную информацию о них [6]:

1. установить, импульсы от каких именно каналов образовали данное событие (распределение каналов в событиях данного номера М);

2. определить каковы временные интервалы между соседними импульсами в событии (временной профиль события номера М);

3. определить длительность события М целиком.

Анализ показал, что события множественности на всех четырех станциях достаточно близки. При одинаковых М у них близкие временные профили и длительность события, распределения по каналам подобны. Некоторые отличия наблюдаются для Баксана. Он расположен в горах на высоте 1700 м, остальные три станции равнинные. Событий множественности на Баксане регистрируется больше в три раза, максимальное значение множественности примерно в два раза больше. Эти различия можно объяснить известным фактом, что с высотой поток вторичных космических лучей возрастает [2, 7]. Тем не менее, для подтверждения стоит провести исследование множественностей на НМ, расположенном еще выше. В 2019 г. на станции Иркутск-3 была восстановлена секция 6-НМ-64 в дополнение к работающей. Ниже проводится анализ первых результатов, полученных из накопленных данных.

Вопреки ожиданиям ст. Хулугай оказалась бедной событиями множественности. На рис. 1а приведены спектры множественностей для 4 станций. Различия в спектрах Апатитов и Баренцбурга объясняются конструктивными особенностями НМ. Большее число событий М в Баксане объяснялось высокогорным расположением станции. Ожидалось, что Хулугай покажет еще большее число событий М. На деле же только до М ≈ 15 спектр Хулугая превышает Баксан, а далее с ростом М спектр резко падает, так что события М ≈ 50 становятся единичными и не могут быть репрезентативными, тогда как в Баксане только при М > 100 становятся такими же редкими. Средний временно́й профиль событий М = 20 на Хулугае показывает в среднем бо́льшие интервалы между импульсами. Отметим, что профили на других станциях идентичны Баксану. Наконец, на рис. 2 показано распределение вклада разных каналов в образование множественности. В Баксане (на других станциях распределения близки к нему) доля импульсов от одного и того же канала превышает 0.5 до значений М = 10. Это означает, что события М ≤ 10 более чем на половину состоят из импульсов от одного канала (трубки). С ростом М доля импульсов от других трубок увеличивается, и при М > 80 все каналы примерно равновероятно вкладываются в формирование события М. Это явный признак, что НМ накрывает адронный ливень ШАЛ [5], когда из атмосферы по всему НМ попадают частицы. На Хулугае самая малая М = 5 уже больше, чем на половину состоит из импульсов от разных трубок. А примерно одинаковый вклад разных трубок в события множественности происходит при М > 30–40. Таким образом, регистрация адроного ливня ШАЛ на Хулугае происходит при меньшем числе частиц. При этом конструктивно секции НМ на Хулугае и Баксане одинаковые – 6-НМ-64.

Рис. 1.

Спектр множественностей на станциях: 1 – Хулугай, 2 – Баксан, 3 – Апатиты, 4 – Баренцбург. Спектры нормированы на сутки (а). Средний временно́й профиль события множественности М = 20 на станциях: 1 – Хулугай, 2 – Баксан (б).

Рис. 2.

Вероятность вклада в формировании множественности номера М разных каналов (трубок). Столбиками обозначена доля импульсов от одной и той же трубки, линия 1 – вклад импульсов от соседних трубок (разность номеров трубок равна 1), 2 – вклад импульсов от трубок, между которыми есть одна пропущенная трубка (разность между номерами равна 2), 3 – вклад трубок, между которыми разность равна 3, 4 – вклад трубок, между которыми разность равна 4. На ст. Баксан (а) и на ст. Хулугай (б).

Анализ показывает, что все значимые параметры событий множественности на Хулугае достаточно близкие имели бы значения, если принять, нарипмер, что в М = 50 на Хулугае по какой-то причине пропущена половина импульсов, и реально это М = 100, М = 40 соответствует М = 80 и т.д. Тогда спектр множественностей принимает типичный вид. Аналогично объясняется временно́й профиль множественности: пропуск каждого второго импульса вызовет возрастание среднего интервал на профиле. Примерно такой же множитель 2 требуется, чтобы распределения вероятности по каналам в событиях на Хулугае стало близким к тому, которое имеют Баксан и другие станции. Другими словами, на Хулугае события М беднее импульсами примерно вдвое. Отчего это может быть?

Поскольку записывающая аппаратура идентична на всех станциях, и работа системы сбора на Хулугае тщательно проверена, допущение об аппаратурном дефекте маловероятны. Адронные ливни возникают в атмосфере, в материале НМ, но также они образуются в веществе над НМ (крыша, перекрытие). В Апатитах здание НМ имеет типичное перекрытие (дерево и керамический наполнитель), в Баксане над НМ находится бетонное перекрытие толщиной ~ 20 см. Развивающиеся в веществе крыши локальные ливни складываются с приходящими ливнями ШАЛ и увеличивают плотность частиц. На Хулугае НМ расположен в легком деревянном бараке, крыша состоит из досок и пенопластового утеплителя. Малое количество вещества производит малое количество дополнительных локальных ливней.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Благодаря установке на высокогорной станции Иркутск-3 скоростной регистрирующей системы проведено изучение событий множественности. Несмотря на высокий темп счета НМ, событий множественности на нем оказалось мало. Сравнение с результатами, полученными на других НМ позволяет сделать заключение, что в пределах М < 100 события множественности формируются не только от адронных ливней ШАЛ, но и от локальных ливней в веществе над НМ.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 18-77-10018).