Содержание
-
Вариации космических лучей во время гроз
А.С. Лидванский ИЯИ РАН
-
Что представляет собой грозовое облако с точки зрения физики частиц?
Газоразрядный счетчик Постоянное электрическое поле Фиксированный объем Поток частиц произвольный Грозовое облако Меняющееся электрическое поле Меняющийся и движущийся объем Квази-постоянный поток частиц Гигантскую газоразрядную камеру
-
Различные типы разрядов напоминают различные типы детекторов частиц. Космические лучи играют важную роль в этих процессах
Режим искровой камеры Режим счетчика Гейгера
-
Примеры вертикальных профилей электрического поляизмеренных на баллонах (Marshall et al., 1996) Поля Частицы Интегральные спектры вертикальных потоков электронов, позитронов, фотонов и мюонов на высоте 840 г/см2(1700 м над уровнем моря). одиночные электроны и позитроны, эксперимент. ■■■, □□□ спектры электронов и позитронов, ●●●, ○○○ гамма-кванты, мюоны.
-
Каскады частиц генерированные одиночным электроном с энергией 1 МэВ в однородном электрическом поле напряженностью 5 кВ/см
-
Баксанская установка для изучения ШАЛ
Ковер (400 жидкостных сцинтилляторов) Шесть внешних пунктов (108 сцинтилляторов) Мюонный детектор (175 пластических сцинтилляторов под2 м скального грунта). Порог по энергии 1 ГэВ.
-
Neutrino village Установка Андырчи Вход в туннель Поселок Нейтрино Установка Ковер г. Андырчи
-
Универсальный инструмент для измерения приземного электростатического поля атмосферы и электрического тока дождя
Измерение электростатического и медленно меняющегося поля в диапазоне от -40 кВ/м до +40 кВ/м с точностью ~ 10 В/м. Электрический ток дождя измеряется в диапазоне от-50 нА/м2 до +50 нА/м2с точностью~ 10 пА/м2. Инструмент позволяет измерять не только грозовое поле, но и фоновое (поле хорошей погоды) единым методом.
-
Амплитудный спектр со слоя сцинтилляторов
Два порога используются для разделения мягкой и жесткой компонент: Мягкая компонента регистрируется выносными детекторами между нижним (Al) и верхним (Ah) порогами. Электронов – 20%, позитронов – 10%, -квантов – 50%, примесь мюонов менее 20%. Жесткая компонента измеряется детекторами Ковра (под бетонной крышей толщиной 29 г/см2) выше верхнего порога (около 90% мюонов)
-
Корреляции интенсивности мягкой компоненты с приземным полемизмеренные и рассчитанные (слева). Разница (не объясняемая трансформацией спектра в приземном поле) показана справа
Электроны Позитроны Электроны Позитроны Ускорение вблизи поверхности Ускорение в облаках
-
Гроза 31 июля 1999(Marshall et al., 2005). Распределение заряда.
Положительный заряд экранирует сильное отрицательное поле
-
Мюоны E > 100МэВОстанавливающиеся мюоны (15 1 ГэВ
-
Различные типы ярких событий
Предмолниевые возрастания Возрастания без молниевых эффектов Возрастания мягкой компоненты без мюонных эффектов Возрастания мягкой компоненты с мюонными возмущениями разной полярности Коррелирующие с приземным полем Коррелирующие с электрическим током дождя Сопровождающиеся магнитными пульсациями
-
Коэффициенты аппроксимации полиномами второй степени кривых регрессии интенсивность –поле для разных компонент
-
Событие 7 сент. 2000 г.Наибольшее возрастание с высокой точностью экспоненциально и имеет резкий обрыв в момент молнии
-
Гроза 26 сент. 2001 г. в Баксанском ущелье
-
Гроза 26 сент. 2001 г.
Отношение темпов счета двух половин детектора мягкой компоненты показывает чисто статистическое поведение. Штриховые линии показывают уровень трех стандартных отклонений. Темп счета детекторов мягкой компоненты
-
Два разряда молний разной полярности производящие одинаковый эффект во время грозы 1 августа 2008 г.
-
Рекордное возрастание мягкой компоненты 11 октября 2003 г.
Оценка минимального расстояния до двух молний оказывающих сильное влияние на интенсивность дает 4.4 и 3.1 км. Другие разряды, включая очень близкие, не дают никакого эффекта.
-
Событие 11 октября 2003 г. до исключения секундных интервалов совпадающими с сигналами шумового канала и не прошедших критерия однородности
-
Грозы 26 сентября 2000 г.(1т– 40 с)и 6 сентября 2005 г. (1т – 20 с)
-
События 18 июня 2008 г. (слева, усреднение по 15 с) и 18 июля 2008 г. (справа, усреднение по 30 с)
-
Событие 11 сентября 2005 г.(усреднение по 10 с)
В этом событии разряд молнии вызывает скачки интенсивности как мягкой, так и жесткой компонент. Автокорреляция с электрическим током дождя. Время задержки 260 с.
-
Предмолниевое возрастание. Событие 3 сен. 2006 г. (1т– 1с)
Корреляция мягкой компоненты с полем Пример отрицательной корреляции электрического поля и мягкой компоненты, событие 7 сентября 2000 г. Интервал усреднения 80 с.
-
Грозы 15 октября 2007г. (усреднение данных по 20 си 4с).
-
Северокавказская геофизическая обсерватория, Лаборатория № 1 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта
-
Событие 15 октября2007 г.Из графика h–компоненты вычтена суточная волна (внизу). Справа данные с наилучшим временным разрешением(1 с).
-
Событие 15 октября 2007 г.: сложная вариация мюонов повторяет поведение h-компонентыгеомагнитного поля (с вычтенной суточной волной) со временем задержки 9 мин
-
Событие 15 октября 2007 г.
-
Распределение гроз по числу значимых(более 0.2%) возмущений интенсивности мюонов. Данные 33 гроз в летний сезон 2008 г.
(n) – число возмущений в грозе (m) – число гроз Отношение числа отрицательных и положительных возмущений в разных группах: А- 55 событий n/n+=1.75,Б- 59 событий n/n+=0.89 группа A группа Б
-
Распределение мюонных вариаций по амплитуде возмущений
Амплитуды 52 положительных возмущений (%). Среднее значение 0.33%. Среднеквадратичное отклонение 0.11% Амплитуды 62 отрицательных возмущений (%). Среднее значение 0.39%. Среднеквадратичное отклонение 0.17%.
-
Распределение вариаций мюонов по длительности эффективного периода
Полное распределение 114 возмущений по эффективной длительности. Вертикальная линия соотвествует среднему значению 7.6 мин. Средне-квадратичное отклонение 4.2 min.
-
Два сильных возмущения интенсивности мюонов в один календарный день разделенные 7 годами: 24 сентября 2000 г.и 2007 г. В последнем случае наблюдаются резкие вариации связанные с разрядами молний
Электрический ток дождя Жесткая компонента (мюоны > 100 МэВ) Мягкая компонента (e, e+, ) 10-30 МэВ Приземное поле
-
Какова ситуация с интерпретацией всего этого набора данных по вариациям космических лучей во время гроз?
Регулярные корреляции с приземным полем: Трудно измерить, но относительно легко интерпретировать. Мягкая компонента: Трансформация спектра + гамма-кванты от убегающих электронов Жесткая компонента: Трансформация спектра + эффект распада С яркими событиями ситуация, скорее, противоположная: возможны различные механизмы и места генерации.
-
При стабильных условиях и достаточной напряженности (D) и протяженности (от x0 до x1) поля интенсивность частиц растет экспоненциально (K– вероятность одного цикла, а - его длительность):
Модель генерации частиц грозовыми облаками. Вторичные КЛ – Затравочные частицы а электрическое поле – резервуар энергии
-
В расчетах J. Dwyer (2003) методом Монте Карло также рассматривалась обратная связь, однако другого типа.
Электрическое поле 1000 кВ/м Вблизи порога (критическое поле) характерная длина близка к радиационной единице
-
Напряженность поля как функция его протяжен-ности для процесса генерации с разными временами нарастания.
Фундаментальный предел на электростатическое поле рассчитанный J.R. Dwyer. (Geophys. Res. Lett., 30, 2055 (2003)) при давлении 1 атм.
-
Разрешенные области для убегающих частиц и процесса с обратной связью
-
Выводы
Во время гроз наблюдается большое разнообразие эффектов с вариациями разных компонент космических лучей. Не все механизмы их пока ясны, но экспериментальные данные о них образуют базис для дальнейших исследований и построения адекватных моделей фундаментальных процессов в грозовой атмосфере. Для построения полной картины явления желательно расширять фронт исследований (проводить наблюдения на разных высотах).
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.