Проекты XXI века

ОИЯИ совместно с другими научными центрами принимает участие в подготовке экспериментов ТУС и НУКЛОН на искусственных спутниках Земли.

Стенд для измерения оптических параметров модулей составного зеркала Френеля.
В эксперименте ТУС предполагается исследовать космические лучи предельно высокой энергии: протоны, ядра, фотоны и нейтрино с энергиями порядка 1020 электронвольт - такую энергию имеет килограммовая гиря, падающая с высоты нескольких метров. Существование таких частиц является одной из загадок современной астрофизики - грубо говоря, их не должно быть. Тем не менее они обнаружены, но их поток чрезвычайно мал - менее одной частицы на квадратный километр в столетие, поэтому за 40 лет проведения исследований на наземных установках найдено менее двух десятков таких событий.

Направления прихода таких сверхэнергичных частиц должны указывать на координаты их источника. Однако экспериментально такие источники не были найдены. Поэтому одной из наиболее актуальных проблем современной астрофизики является более обстоятельное исследование этого явления. С этой целью в настоящее время проектируется ряд новых детекторов - как наземных, так и орбитальных, в том числе детектор ТУС. Главная цель детекторов нового поколения - увеличение статистики и достоверности данных.

Детектор ТУС, являющийся прототипом более мощного и эффективного детектора КЛПВЭ, состоит из зеркала Френеля диаметром около 1,5 м, в фокусе которого находится матрица из 256 фотоумножителей. В эксперименте ТУС будут проверены технические принципы измерения параметров широких атмосферных ливней из космоса и набрана статистика, в два-три раза превышающая существующую.

Прототип системы развертки зеркала детектора ТУС на орбите. Общий диаметр превысит 1.4 м, требуемая точность изготовления - 10-20 микрон, зеркало должно работать в открытом космосе при температурах 150ОС.
Фото Туманова Ю.А.
В настоящее время ведется практическая работа по подготовке эксперимента: в ОП ОИЯИ изготовлена пресс-форма для производства модулей зеркала, в НПО "Энергия" сделаны первые образцы зеркала из углепластика и системы его развертки на орбите. На запущенном в январе этого года спутнике МГУ "ТАТЬЯНА" установлен и успешно работает прототип фотодетектора ТУС для измерения фонового излучения атмосферы. Реализация проекта ТУС рассматривается в качестве одного из мероприятий в ознаменование 50-летия запуска первого искусственного спутника Земли.

С участием ОИЯИ готовится также эксперимент НУКЛОН, в котором предполагается измерить энергетический спектр и состав космических лучей в области так называемого колена, открытого советскими физиками более 50 лет тому назад. Причина изменения формы спектра до сих пор не выяснена, несмотря на многочисленные эксперименты с широкими атмосферными ливнями, в том числе на высокогорных установках Памира, Тибета, Боливии и др. Надежды последнего времени ассоциируются с новыми экспериментами на баллонах и спутниках Земли. Они позволят провести прямые измерения и получить ответы на наиболее актуальные вопросы астрофизики высоких энергий о происхождении космических лучей, механизмах их ускорения и распространения в Галактике.

В детекторе НУКЛОН разрабатывается новая методика измерения энергии первичных космических частиц, основанная на регистрации пространственно-углового распределения вторичных частиц электронными методами на установке с малой массой и большим геометрическим фактором, что имеет первостепенное значение для экспериментов в космосе. Детектор НУКЛОН создается на базе современных детекторов физики частиц и включает в себя падовые кремниевые детекторы заряда, активную мишень, сцинтилляционные многостриповые детекторы триггерной системы, вольфрамовый конвертор гамма-квантов и микростриповые кремниевые детекторы для измерения углового распределения вторичных заряженных частиц. С прототипами этого детектора было проведено несколько успешных тестовых сеансов на различных пучках ускорителя ЦЕРН, включая тест на пучке ядер индия с энергией 160 ГэВ на нуклон в 2003 году.

Финансирование и реализация проекта НУКЛОН включены в Российскую программу космических исследований с ожидаемым сроком запуска детектора на орбиту в 2008 году. В настоящее время в ОП ОИЯИ заканчивается изготовление прототипа сцинтилляционного детектора с одно- и многоканальными фотоумножителями для триггерной системы. В ОИЯИ проводятся методические работы по использованию кремниевых фотоумножителей в качестве фотодетекторов для космических экспериментов. На предстоящей сессии Программно-консультативного комитета по физике частиц будет рассмотрено участие ОИЯИ в подготовке и проведении эксперимента НУКЛОН.

Л. Ткачев, руководитель проектов ТУС и НУКЛОН