Файл: Христиансен, Г. Б.pdf

ной

методикой накопился

большой

экспериментальный

материал

по

изучению

функции

C(N,

х) в интервале

J V = 1 0 4 - H 0 1 0

И

в диа­

пазоне

глубин х от

1 0 3 0

до 5 0 0 г/см2.

Основная

часть

данных бы­

ла получена на разных высотах с помощью различных

установок.

Установки в принципе отличаются геометрией, системой

отбора

регистрируемых и обрабатываемых

событий,

а также

технически-

кими

особенностями

(например,

ис­

пользованием

сцинтилляторов

или

счетчиков, точностью в измерении вре­

мени

падения

частиц

на детектор и

числа

частиц,

упавших

на детектор

и др.). Все это в конечном

счете

соз­

дает

ошибки

в определении

числа час­

тиц N, положении оси ливня г и

эф­

фективной

площади

регистрации, а

стало

быть и функции

C(N,

х).

Эти ошибки сказываются в первую

очередь

на

абсолютных

значениях

C(N,

х),

важных

для получения

пра­

Рис.

28.

План

установки

для

вильных данных о высотном ходе. По­

исследования ш. а. л. в

стра­

этому большой

интерес

представляет

тосфере [99]. С помощью

искро­

получение

функции

C(N,

х)

с помо­

вых камер ( • )

определялось

щью установок, если и не тождествен­

направление оси ливня. Сцин-

тилляционные

счетчики

(О)

ных,

то близких

по геометрии, мето­

служили

для определения

по­

дике

отбора,

типу

применяемых

де­

ложения

оси,

функции

про­

текторов

и

точностям

измерений их

странственного

распределения

и

полного числа частиц

Ne

показаний. Такие

установки

были ис­

пользованы

в цикле работ [ 4 1 — 4 3 ,

9 8 ] ,

с помощью

одной и той же установки

на некоторых

высотах

( 5 2 0 0

и 4 2 0 0 м)

определялся

спектр

по чис­

лу частиц C(N, xQ/cosft)

под различными

углами

ft

к

вертикали.

Функцию 0(\N, х0, ft)

авторы, как обычно,

предполагают

завися­

щей от XO/COST), Т. е. считают, что развитие

лавины

определяется

падных процессов

(например, я->-ц.) можно пренебречь с точки зре­

ния развития ядерного каскада и связанных

с ним э.-ф. лавин. На

рис. 2 9 приведено

семейство

кривых C(>N,

х), полученное

в [ 9 8 ,

9 9 , 2 2 9 , 2 3 3 , 2 3 6 ] .

Анализ

изменения показателя спектра

ливней

небречь флуктуациями

в развитии ш. а. л. и рассматривать

на дан­

ной глубине х ливни с

таким

числом частиц

N(x), для

которых

выполнялось

бы условие

C(>N,

х) =const, то

функция N(x),

по­

лученная из

уравнения

C(>N,

x)=const, связывающего N и х,

дает каскадную кривую

ш. а. л. Действительно,

в отсутствии

флук-

eg[cl>N)(N/IO5)''5],CM

сек'стер

1

I

и

е3ы

Рис. 29. Спектры ш. а. л. на

различных

глубинах в

атмосфере:

•

— {99] (р = 200 г1см2);

•

—

[98] (р=500

г/см2);

А

—

[236]

(р =

700

г/см2);

•

-т- [233]; х — [229]

(р=1030

г/см2)

туаций

ливни

с

числом

частиц

N(x),

удовлетворяющие

условию

C(>N,

x)=const,

происходят

от первичных

частиц

с одной и той

же пороговой

энергией

Ео. На

рис. 30 представлены

результаты

гий ~101 5 -4-101 7 эв. В области глубин, меньших

500 г/см2, имею­

щиеся данные [99] относятся к энергиям £ о ^ 1 0 1 5

эв.

разумно, если речь

идет о районе максимума каскадной кривой.

В противном случае

результаты анализа (рис. 30) являются толь­

6*

83

анализа

с учетом

флуктуации. Как

показывает количественный

анализ,

поправка,

однако, например,

в ц не превосходит 15-^20%

[95 а].

Как

уже отмечалось, на рис. 29

и 30 приведены эксперимен­

диус

около 15 м (рис. 28). Поэтому

на

максимальной

высоте

(12 км, р = 200

г/см2)

размеры

этой установки 4 -10- 2

г ь

что в де­

сятки раз

меньше

(в

единицах

см^сек 'стерад

Г\)

размеров

обычно

используе­

мых

стационарных

установок

на

с с с » ,

-15

высоте гор и на уровне моря для

с с с 10

исследования

ш. а. л. тех же

пер­

оо0«>

•14

вичных

энергий.

на

боль­

с с

ю

С

другой

стороны,

О оО

•13

ших

высотах

энергетический

'о О

10

спектр

э.-ф. компоненты

более

-12

жесткий,

и поэтому

пространст­

О О

о

!0

венное

распределение

электронов

о о

более

резко

падает

с

удалением

10

от оси. Направление оси опреде­

о >

ляется

[99] с

точностью

4° с по­

•Ю

мощью

регистрации

потоков

час­

10 ...

тиц искровыми камерами. Число

частиц

в

ливне

и

эффективная

/о

площадь

регистрации

в

страто­

iL

сфере

определяется

менее

точно,

200

400 600

800

1000

чем с помощью стационарных ус­

Х.Усм2

-

тановок,

где эта

точность

поряд­

Рис 30. Данные об усреднен­

ка 10-=-20%.

При измерениях

в

стратосфере N в

индивидуальном

ных

каскадных

кривых

в

ат­

ливне

оценивается,

по-видимому,

мосфере для £ 0

= Ю 1 5 - Ы 0 1 7

эв:

с точностью до 50-=-70%. Эффек­

• - данные [98]; О ,

| )

~

данные

[99]. Справа

приведены

тивная

площадь

регистрации

интенсивности первичного излу­

ш. а. л.

также

определяется

с

чения,

соответствующие каж­

большей

ошибкой, так как

из-за

дой

каскадной

кривой. Пунк­

флуктуации

плотности

потоков

тир

— э.-ф. каскадная

кривая

частиц на установке малых раз­

меров

возможна имитация прохождения

оси

ливня

при

падении

тальные данные, полученные в

стратосфере,

представляют

боль­

шой интерес. Д а ж е

в пределах

больших ошибок

стратосферных

измерений (рис. 30)

можно констатировать

резкое противоречие

формы каскадной кривой

ш. а. л.

и э.-ф. лавины,

дающей

то же

число частиц в максимуме

развития.

мость формы каскадной кривой от Е0.

В первом

приближении

можно рассмотреть вопрос о положении

максимума

лавины / m a x

при различных Е0. В работе (100] на основании данных аналогич­

значениями

^ m a x И Со­

ртах. г/см2

2004-500

500

500-f-600

800

1000

Е0,

эв

1015

10"

10"

1018

101»

Такая зависимость существенно противоречит э.-ф. каскадной

теории. По

электромагнитной

каскадной теории ^max = ln Е0/$.

При

Р ~ 84

Мэв

это значение

/щах

больше

экспериментального

/шах

при Е0г^Ю17.

Но затем

при £ 0 ^ : 1 0 ' 7

эв tmax

экспериментальное

становится

того же порядка или даже

больше ^m a x = ln Е0/$.

Зна­

чение

i m a x

при £ 0 ~ 1 0 1 9

эв определено

очень

грубо, однако

тенден­

Барометрический и температурный коэффициенты. Для иссле­

дования

коэффициента

поглощения

ш. а. л. различных

Е0

вблизи

уровня моря и на больших глубинах

широко

использовались

и

два

других

метода — изучение

барометрического

коэффициента

[101 —103] и углового распределения

на

уровне

моря. Их

преиму­

щества по сравнению с методом изучения функции C(N,

х)

за­

ключаются в возможности определения коэффициента

поглоще­

ния

ливней

с помощью

одной

и той

же установки.

Барометриче-

1

,

о

dlnR(p)

ским

коэффициентом

называется

величина

р =

dp

,

р — давление в см

Hg и R— число

где

регистрируемых

установ­

кой

ш. а. л. с плотностью больше заданной при

давлении

р. При

изменении давления величина R изменяется как за счет поглоще­

ния

ливневых частиц, так и за

счет

изменения функции

простран­

ской

атмосферы

для

воздуха

массы М,

занимающего

объем

V,

имеем

pV—

МТ,

р — dT,

где Т—температура.

Считая, что

R(d)

есть

функция р

и d,

имеем

d\nR(p)

d\nR

.

3 In Я

дТ

dd .

dp

dp

дТ

dd

dp

дТ

Г * ,

dd

^

1

(4.1.3)

dd

~~

р '

dp

~~

Т '

Таким

образом,

(3 = \л —

dlnR

Т

дТ

р

Величина

называется

температурным

коэффициентом

дТ

ш. а. л.

и также

находится

из

опыта.

Барометрический

коэффи­

циент составляет согласно экспериментальным данным

около

10%

на 1 см Hg. Температурный коэффициент

порядка

долей

процен­

та на

1°. Величина

и. отличается

от величины р за счет поправки

на эффект плотности не более

чем на 10-4-15%- В работе [103]

был введен

комплексный

температурный

коэффициент,

ш. а. л.,

учи­

тывающий

изменение числа ре­

Л, 7см2

гистрируемых ш. а. л. за счет

изменения

температуры

как в

нижних, так и в верхних слоях

атмосферы. Это также

создает

небольшую поправку при опре­

делении ц. через

р.

Другой

метод

определения

ji — построение углового рас­

пределения

ш. а. л.

с

числом

частиц

больше

заданного

—

50U

.

1

.

1

l

предполагает

использование

4

5

6

7

8

9

комплексных

установок

для

определения

направления

оси

Рис.

31. Экспериментальные

данные

и числа частиц в каждом реги­

о пробеге поглощения ливней с чис­

стрируемом

ливне.

При

этом

лом

частиц

более

N

на

уровне

мо­

необходимо,

чтобы

эффектив­

ря: # О П

— данные

{102]

(угловое

распределение,

барометрический

эф­

ность

регистрации

ливней в

фект); А — данные

(101]

(угловое

некоторой

области

плоскости

распределение);

х

— данные

[103]

наблюдения

была

близка

к

(барометрический

эффект)

100% и не зависела

от

угла

f>.

Плотность

углового

распреде­

ления

ш. а. л. с

числом

частиц

>N дается,

очевидно,

выражением

— е—M.jv*o(sece-i)^

г

д е

^

— коэффициент

поглощения

ливней

с чис­

лом частиц больше N, хо — глубина

атмосферы

по

вертикали.

На рис. 31

представлены

экспериментальные

данные

о

пробеге

новках,

спектр

по числу

частиц

не имеет чисто степенного "вида

в интервале N = 104-н 108.

При

ЛГ = Ю'Ч-З-105 на

уровне моря

%N l —

1,5;

при

jV=106 -i-2-107

при больших

N возможно

снова

уменьшение xNa

до

1,6-н1,7. Если

пренебречь

флуктуация-

ми в

развитии

ливня,

то KN =

Л , где

Л — пробег

поглощения