№ 7-8(3946-3947) от 20 февраля 2009:

• Профессор Джун-Иль Чин: "Дубну считают надежным партнером"
• Информация дирекции
• "Путеводный огонь в нашей жизни"
  Год столетия Н.Н.Боголюбова открылся мемориальным семинаром в ЛТФ
• "Действительно, наука у нас есть!"
  сказали учителя московских школ,
  побывав в ОИЯИ
• Без права на ошибку
  В ЛНФ успешно проведена работа по монтажу корпуса модернизированного реактора ИБР-2М на штатном месте
• Детектор ТУС готовится к работе на космической орбите
• На пути к 117-му элементу
  Интервью С.Дмитриева РИА "Новости"
• НАН Республики Беларусь - 80 лет
• Для решения энергетических проблем
  требуются инновационные решения
• Ишемическая болезнь сердца: причины, симптомы, лечение
• Экскурсии ДУ, концерты
• НОВОСТИ

Версия № 7-8 в формате pdf (~ 7.6 Mb)

Проекты XXI века

Детектор ТУС готовится к работе на космической орбите

В числе проектов, обсуждавшихся на сессиях ПКК, - исследование космических лучей ультравысоких энергий с помощью аппарата космического базирования ТУС. Мы обратились к руководителю проекта Л.Г.ТКАЧЕВУ с просьбой рассказать о ходе подготовки к экспериментам в этой актуальной области.

Прежде всего о физических задачах в эксперименте ТУС. Космические лучи (КЛ) были открыты Виктором Гессом почти 100 лет тому назад - в 1912 году. В настоящее время исследование энергетического спектра КЛ продвинулось в область 10²⁰ электронвольт - такую энергию имеет теннисный мяч, летящий со скоростью 200 км/час, что в 1000 раз превышает энергию протонов в LHC. Такая энергия вряд ли будет достигнута с помощью ускорителей в обозримое время. Именно исследование спектра КЛ предельно высоких энергий (КЛПВЭ) в области 10¹⁹-10²¹ эВ является целью эксперимента ТУС.

Особый интерес к этой области спектра КЛ обусловлен "эффектом ГЗК": вскоре после открытия в 1965 году реликтового микроволнового излучения Грейзен (США), Зацепин и Кузьмин (СССР) предсказали обрезание спектра КЛ из-за взаимодействия первичных протонов и ядер с энергией больше 5·10¹⁹ эВ с фотонами реликтового излучения, равномерно заполняющими все пространство с плотностью 400 частиц в см³. Вследствие такого взаимодействия межгалактическая космическая среда становится непрозрачной для КЛПВЭ частиц. Для протонов с такой энергией длина свободного пробега равна ~50 Мегапарсек, что совсем немного в масштабах Вселенной. Тем не менее, такие частицы наблюдаются, и возник вопрос о их природе и происхождении. Их поток чрезвычайно мал - всего одна частица на кв. км в столетие, поэтому за многие годы исследований зарегистрировано всего несколько десятков частиц КЛПВЭ. Недостаточная статистика и точность измерений не позволяют получить однозначный ответ о их природе, происхождении и механизме ускорения.

Несмотря на большой интерес к КЛ в области ГЗК обрезания, всего в нескольких экспериментах получены данные из-за, как упоминалось, чрезвычайной малости их потока: это эксперименты AGASA в Японии, HEIRES в США и якутская установка, уже закончившие работу, а также недавно вступившая в строй гигантская Обсерватория Пьера Оже в Аргентине. Набранная в течение многолетних наблюдений статистика за пределом ГЗК обрезания не превышает сотни событий, причем данные разных экспериментов не согласуются между собой, и эта ситуация не изменится в ближайшие годы.

Именно по этой причине в настоящее время готовятся несколько экспериментов космического базирования, в том числе ТУС/КЛПВЭ в России и установка JEM-EUSO, создаваемая большой международной коллаборацией, которые позволят в 10-100 раз увеличить эффективную площадь обозреваемой атмосферы, играющей роль детектора частиц КЛПВЭ, и в такой же пропорции будет увеличена статистика. Космические детекторы имеют ряд преимуществ по сравнению с наземными, в том числе они позволят проводить исследования в глобальном масштабе, что имеет особый интерес в связи с поисками источников КЛПВЭ во всей небесной сфере.

Детектор ТУС в космосе - компьютерное изображение.

НИИЯФ МГУ (головная организация), ОИЯИ, НПО "ЭНЕРГИЯ" вместе с университетами Кореи и Мексики готовят автоматический космический аппарат с детектором ТУС для набора данных с орбиты спутника Земли предположительно с 2011 года. ОИЯИ и НПО "ЭНЕРГИЯ" создают оптическую систему - один из основных компонентов ТУС, состоящий из многомодульного параболического зеркала Френеля большой площади с матрицей из 256 фотоумножителей в его фокусе. Находясь на ночной стороне орбиты, автоматический аппарат с детектором с высоты 400-500 км будет просматривать площадь атмосферы Земли примерно 2500 кв. км и фотографировать широкие атмосферные ливни (ШАЛ), образуемые частицами КЛПВЭ. Анализ характеристик ШАЛ позволяет определять угловые параметры трека первичной частицы, а также ее природу и энергию.

Создание фокусирующего зеркала большой площади для стабильной многолетней работы в открытом космосе с перепадом температур 80^о С является непростой задачей. После ее успешного решения для эксперимента ТУС предполагается использование таких зеркал и для других задач в космосе, в том числе технологических. Например, более эффективное использование солнечного излучения для производства электроэнергии представляет большой интерес для межпланетных полетов. Проект спутника ПРОМЕТЕЙ для отработки технологических задач использования фокусирующих зеркал большой площади демонстрировался на выставке AEROSPACE-2008 в Москве.

Сотрудник НПО "ЭНЕРГИЯ" О.Сапрыкин (справа) и сотрудники ОИЯИ Б.Сабиров и Л.Ткачев (слева) представляют проект спутника ПРОМЕТЕЙ на выставке AEROSPACE-2008 в Москве.

В настоящее время в Дубне на высокоточных станках ЧПУ изготовлены новые прецизионные пресс-формы, с помощью которых сделаны первые образцы зеркал на основе углепластика и алюминиевого хоникомба. В ОИЯИ проведены измерения пресс-форм. Сотрудники ЛЯП А.Гринюк, М.Слунечка и А.Ткаченко разрабатывают методику бесконтактного измерения формы и отражающих свойств зеркала, а также программу офф-лайн анализа измерений и Монте-Карло моделирования его параметров. Отклонения расчетных и измеренных координат фокальных точек пресс-формы не превышают 1 мм в соответствии с техническими требованиями к зеркалу. Предварительные результаты этой работы были представлены на 21-м Европейском симпозиуме по космическим лучам, прошедшем в Кошице (Словакия) в сентябре 2008 года. Ближайшая задача коллаборации ТУС - изготовление полномасштабного технологического образца зеркала площадью около 2 кв.м, с тем чтобы провести его механические и термовакуумные испытания и в следующем году создать и испытать полетный вариант.

Измерение спектра КЛПВЭ с космической орбиты аппаратом ТУС будет проведено впервые. Если первый опыт пройдет успешно, то предполагается создать детектор КЛПВЭ с зеркалом площадью около 10 кв.м, который будет работать на международной космической станции (МКС). Кроме того, учеными Японии, Европы и США создается детектор JEM-EUSO, в котором вместо зеркала Френеля будут использованы две широкоугольные линзы Френеля диаметром 2,5 м, что позволит обозревать площадь порядка 100000 кв.км. Есть уверенность, что с помощью детекторов КЛПВЭ и JEM-EUSO на МКС, а также новых гигантских наземных детекторов будут решены загадки происхождения и ускорения космических лучей ультравысоких энергий, недоступных в обозримое время для изучения на ускорителях.

Л. ТКАЧЕВ, руководитель проекта ТУС, фото Ю. ТУМАНОВА.