ИСТИНА

Программный комплекс RUSCOSMICS будет применен к задаче глобального исследования образования каскадов вторичных космических лучей (КЛ) в атмосфере Земли, энергетических характеристик этих частиц и изучения их вклада в процесс ионизации. За основу программного инструмента взят пакет GEANT4, однако чтобы обеспечить точность решения поставленной задачи, это исследование будет дополнительно обеспечено аппаратной частью, состоящей из наземных детекторов заряженных частиц и гамма-квантов. Также дополнительная верификация модельных результатов будет проведена с помощью данных, полученных в результате запуска шаров-зондов. На сегодня разработан ряд эмпирических и теоретических моделей взаимодействий элементарных частиц в диапазоне от тепловых до ултрарелятивистских энергий. Благодаря этому становится возможным детальное раскрытие информации о составе и численных характеристиках вторичных КЛ с помощью модельных расчетов. Совместно с использованием экспериментальной составляющей как верифицирующего элемента такой метод реализует полноценный функциональный инструмент, при помощи которого будет достигнут основной результат в виде детальных характеристик вторичных КЛ для высот до 80 км, учитывая зависимость от динамики спектра первичных космических лучей. На сегодня созданы схожие программные комплексы, предназначенные для расчетов локального участка земной атмосферы. Здесь предлагается усовершенствованная модель, особенности которой позволят исследовать картину глобального взаимодействия КЛ с атмосферой Земли и верифицировать полученные результаты, используя экспериментальную базу.

The RUSCOSMICS software complex will be applied to the task of a global study of the secondary cosmic rays (CRs) cascades formation in the Earth's atmosphere, the energy characteristics of these particles and the study of their contribution to the ionization process. The GEANT4 package is used as the basis of the software tool, but to ensure the accuracy of the task solution, this study will additionally be provided with hardware tools consisting of ground-based charged particles and gamma quanta detectors. Also additional verification of model results will be carried out using data obtained by balloons launching. To date, a number of empirical and theoretical models of elementary particles interactions in the range from thermal to ultrarelativistic energies have been developed. Thereby, it becomes possible to discovery detailed information about the composition and numerical characteristics of secondary CRs using model calculations. Together with the use of the experimental component as a verification element, this method provide the fully functional tool with the help of which the main result will be achieved in the form of detailed characteristics of secondary CR for altitudes up to 80 km, taking into account the dependence by the primary cosmic ray spectrum dynamics. At the present time, similar software complexes have been designed to calculate the local regions of the Earth's atmosphere. Here it is proposed an improved model, the features of which will allow to study the picture of the global interaction of CR with the Earth's atmosphere and verify the obtained results using an experimental base.

В ходе научной работы RUSCOSMICS будет модернизирован под задачу расчета ионизации атмосферы Земли частицами КЛ, причем информацию о потоках ионизирующего излучения, интенсивности и скорости образования ионов можно будет получить для любого значения жесткости геомагнитного обрезания и для любой высоты. В ходе ряда модельных экспериментов будут получены основные характеристики потоков и величина ионизирующего воздействия частиц КЛ на всю атмосферу Земли при различных формах спектра первичных КЛ (галактические КЛ и мощные события GLE). Эти данные могут быть полезны при исследовании особенностей распространения КЛ, например, оценки пространственных распределений компонент широкого атмосферного ливня, а также глобального влияния КЛ на окружающую среду при различной динамике спектра протонов первичных КЛ. Прикладное значение результатов моделирования может быть использовано для решения задач радиобиологической безопасности, одной из основных актуальных проблем является количественная оценка поглощенной дозы на высотах полетов авиа лайнеров. Для верификации результатов, существующие наземные детектирующие устройства заряженной компоненты и гамма излучения будут модернизированы при помощи микроконтроллерной техники Atmel. После этого будет произведен ряд реальных измерений, позволяющих произвести сравнение модельных результатов с экспериментальными данными. Помимо своей основной функции в этой работе, полученные устройства могут быть задействованы в составе комплексной системы сбора или как автономные устройства для решения различных прикладных и фундаментальных задач в области физики частиц.

1. Был разработан модуль для программного комплекса RUSCOSMICS, позволяющий производить расчеты прохождения частиц КЛ через атмосферу Земли для всех значений широты и долготы. При этом параметры плотности, состава и температуры определяются при помощи модели NRLMSISE-00. Шаг сетки значений жесткости геомагнитного обрезания выбирается, исходя из того, что шаг по широте и долготе составляет 5 градусов (разрешение гораздо большее, чем 1 ГВ), значения определяются из таблиц, полученных при помощи модели IGRF. Таким образом, полученный модуль может использоваться для получения информации о вторичных КЛ в атмосфере других планет, достигается это обычной заменой выходных файлов NRLMSISE и IGRF на аналогичные, полученные при помощи соответствующих моделей. 2. При помощи полученного модуля программного комплекса RUSCOSMICS были проведены расчеты прохождения КЛ через атмосферу Земли для случая использования спектра протонов, соответствующим галактическим КЛ, как входного параметра первичного источника частиц. В результате были получены значения интенсивности потоков вторичных КЛ, а также профили скорости ионизации для всех значений жесткости геомагнитного обрезания (модель с шагом сетки 5 градусов) в диапазоне высот от 0 км до 80 км, с интервалом 1 км. 3. На базе проверенного оборудования были разработаны и введены в эксплуатацию два детектирующих устройства, наземное (с 8 счетчиками СТС-6) и портативное (с 4 счетчиками СТС-5). Проведение расчетов прохождения КЛ через атмосферу Земли для первичных протонов со спектром, соответствующим галактическим КЛ. Цель - получение характеристики потоков вторичных КЛ и оценка скорости ионизации для всех значений жесткости геомагнитного обрезания и высот 1 км, 5 км, 10 км, 15 км, 30 км и 80 км. 4. При помощью экспериментальной установки для регистрации заряженной компоненты, установленной в салоне аэробуса, были произведены измерения в двух точках с разными значениями жесткости геомагнитного обрезания (Апатиты,Москва), в результате проведения эксперимента получены данные скорости счета с разрешением в 1 минуту до высоты 10 км. Соответствующие профили были сравнены с аналогичными, полученными путем моделирования, показав хорошее соответствие. 5. Были выбраны данные, полученные при помощи стратосферных измерений (запуск шаров-зондов г. Апатиты, ФИАН) во время минимума солнечной активности (2009 - 2010 гг.). 6. Произведена дальнейшая верификация модели путем сравнения высотных профилей скоростей счета, показано хорошее совпадение.