ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2009, том 73, № 3, с. 321-323
УДК 537.591.5 524.1-352
ДИНАМИКА РЕЛЯТИВИСТСКИХ СКЛ И РЕГИСТРАЦИЯ МНОЖЕСТВЕННЫХ НЕЙТРОНОВ В СОБЫТИИ 13.12.2006 г.
© 2009 г. Ю. В. Балабин, Б. Б. Гвоздевский, Э. В. Вашенюк, Л. И. Щур
Полярный геофизический институт, Апатиты E-mail: balabin@pgia.ru
Исследована динамика релятивистских СКЛ в событии 13 декабря 2006 г., характеристики которых были получены из данных нейтронных мониторов методом решения обратной задачи. В начальной фазе события зарегистрирован сильно коллимированный поток релятивистских протонов, обусловивший импульсообразное возрастание на ряде европейских станций. Запаздывающая компонента имела более мягкий спектр и большую изотропную составляющую. На нейтронном мониторе ст. Ба-ренцбург во время события 13.12.2006 г. зарегистрировано значимое возрастание множественных нейтронов с кратностями от 2 до 4.
ВВЕДЕНИЕ
Событие СКЛ на уровне земли 13.12.2006 г. (вЬЕ № 70) произошло на фазе спада 23 солнечного цикла. Оно было связано со вспышкой балла Х3.4/2В, гелиокоординаты Б06 W24. Вспышку сопровождали радиовсплески II (начало в 02.26 иТ) и IV типов, а также корональный выброс вещества (КВВ) типа гало (www.izmiran.rssi.ru/space/solar/fore-cast). Характеристики релятивистских солнечных протонов (РСП) были получены методами оптимизации из данных 36 станций нейтронных мониторов мировой сети [1-3]. Процесс определения параметров первичных РСП [1-3] включает также в себя расчет асимптотических конусов нейтронных мониторов в модельной магнитосфере Цыганен-ко [4].
В событии 13.12.2006 г. проводилась регистрация нейтронов множественности на нейтронном мониторе ст. Баренцбург на арх. Шпицберген. Нейтронный монитор в Баренцбурге 18-КМ-64 был пущен в эксплуатацию в апреле 2003 г. В 2006 г. он был оснащен новой системой регистрации на основе программируемых цифровых плат АБЫКК 7233 и 8554. Система обеспечивает регистрацию как самих импульсов, так и интервалов между ними. Это позволило построить регистратор нейтронных кратностей (от 2 до 10) чисто программным путем [5]. Во время события с релятивистскими СКЛ 13.12.2006 г. было зарегистрировано значимое возрастание множественных нейтронов с кратностя-ми от 2 до 4.
1. НАБЛЮДЕНИЯ
Событие 13.12.2006 г. в начальной фазе характеризовалось большой анизотропией. На рис. 1а показан ряд характерных профилей возрастания на нейтронных мониторах. Раннее начало (02.52 иТ),
сравнительно быстрый рост и максимальную амплитуду возрастания зарегистрировали станции Оулу (104%) и Апатиты (81%) по 1-мин данным. Быстрый рост до максимума зарегистрировал также нейтронный монитор ст. Москва, европейские среднеширотные станции и южнополярные станции Моусон и Кергелен. На нейтронном мониторе в Баренцбурге (Шпицберген) возрастание началось на 8 мин позже, чем в Апатитах, имело затянутый рост и в максимуме составило лишь 36%. На большинстве других станций мировой сети возрастание имело еще меньшую амплитуду. Так, даже на соседней со ст. Баренцбург станции Туле (Гренландия) возрастание равнялось ~20%, примерно такую же амплитуду эффекта зарегистрировали станция Тикси (рис. 1а), а также южнополярные станции Мак-Мердо и Санаэ.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
На рис. 16 показаны спектры РСП, полученные методами оптимизации [1-3] из данных нейтронных мониторов в начальной (1) и более поздних (2 и 3) фазах события. Спектры, полученные после максимума возрастания (2, 3), хорошо согласуются с данными прямых измерений солнечных протонов в смежном энергетическом интервале 100-400 МэВ на КА GOES-11. В последнем случае приведены данные о максимальных потоках в различных энергетических интервалах (спектр максимальных потоков). Результаты решения обратной задачи позволили определить направление оси анизотропии релятивистских СКЛ, которое было близко к направлению ММП, измеренному на КА АСЕ, а также эволюцию питч-углового распределения [2, 3]. В начальной фазе события поток релятивистских солнечных протонов приходил к Земле коллимиро-ванным пучком из направления, близкого к сред-
322
БАЛАБИН и др.
Возрастание, % 120
80
40
a
- J 2
- р
- |Р 4 fe
- CP' г./ j.J" LI 1J Li J. —'Lrkj^- ju'I, j"
2.8
3.2
3.6 4.0
Время, часы UT
Протоны ■ (м2 ■ с ■ ср ■ ГэВ) 1
108 L-
10
6 _
2
10
|4 -
10
10й
2
Возрастание, % 25
20 15 10 5 0
Возрастание, %
40 г
Баренцбург, 1-мин данные
10
Энергия, ГэВ
Рис. 1. а - профили возрастаний на станциях нейтронных мониторов 13 декабря 2006 г.: 1 - ст. Оулу, 2 - ст. Апатиты, 3 - ст. Москва, 4 - ст. Баренцбург, 5 - ст. Тикси; б - энергетические спектры релятивистских солнечных протонов для моментов времени: 1 - 03.05, 2 - 03.20, 3 - 04.00 иТ; показаны методические погрешности; приведены также данные прямых измерений солнечных протонов на КА ООЕ8-11 - темные квадратики.
нему направлению ММП в 02-03 иТ. После 3.05 иТ появился поток из антисолнечного направления. Вместе со значительным уширением питч-углового распределения наблюдалась двунаправленная анизотропия, которая сохранялась до 04 иТ [2, 3].
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ КРАТНЫХ НЕЙТРОНОВ
Полезную информацию о спектре космических лучей и его вариациях можно получить при регистрации кратности размножения нейтронов в свинце, окружающем счетчики в нейтронном мониторе
10 12 Время, час UT
Рис. 2. Профили возрастания нейтронов с множественностью от 1 до 3 на нейтронном мониторе ст. Баренцбург в событии 13.12.2006 г. Ширина временного "окна" 150 мкс. На вставке показано возрастание полной скорости счета по 1-мин данным.
[6, 7]. В конце 2006 г. авторами была разработана и установлена на нейтронном мониторе ст. Баренцбург, пущенном в эксплуатацию в 2003 г., новая система сбора данных [5]. Система сбора основана на применении программируемых цифровых плат и обеспечивает регистрацию как самих импульсов, так и интервалов между ними. Это позволило построить регистратор нейтронных кратностей (от 2 до 10) чисто программным путем. Импульсы с усилителей всех 18 счетчиков стандартного нейтронного монитора 18-NM-64 поступают в персональный компьютер с процессором Pentium IV 1.5 ГГц, оснащенный платой цифрового ввода ADLINK PCI-7233H. Эта плата имеет 32 канала и может обрабатывать сигналы с частотой до 500 кГц, т.е. ее разрешающая способность равна 2 мкс, что вполне достаточно для стандартного нейтронного монитора с мертвым временем 10 мкс. С приходом очередного импульса плата вырабатывает прерывание; программа сбора опрашивает регистр данных платы и определяет, по какому каналу пришел импульс. На обработку прерывания компьютер затрачивает ~6 мкс, после чего готов к приему следующего импульса. Это "мертвое время" системы сбора существенно меньше, чем, например, в аналогичной системе [6], где время на обработку импульса составляет ~95 мкс.
Возрастание полной скорости счета на нейтронном мониторе ст. Баренцбург началось около 3.00 UT и достигло максимума в 03.30 UT. Это возрастание по 1-мин данным показано на вставке рис. 2. Весьма значительным было также возрастание в нейтронах с кратностью 2, 3 и вплоть до 4.
0
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 73 < 3 2009
ДИНАМИКА РЕЛЯТИВИСТСКИХ СКЛ
323
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Структура полученного методами оптимизации потока релятивистских солнечных протонов в событии 13.12.2006 г. включала в себя две популяции (компоненты) частиц, быструю и запаздывающую [1-3]. Быстрая компонента с жестким энергетическим спектром и сильной анизотропией проявилась импульсообразным возрастанием на станциях Оулу, Апатиты, а также на ряде европейских сред-неширотных станций. Питч-угловое распределение быстрой компоненты описывается функцией Гаусса с характерной шириной а = 27° [2, 3]. Оно хорошо согласуется с прямыми измерениями направления и углового распределения в пучке частиц быстрой компоненты, полученными в [8] с помощью мюонного годоскопа МИФИ "Ураган". Спектр быстрой компоненты отличался от степенного и имел средний наклон 4-5. Запаздывающая компонента имела большую изотропную составляющую. Спектр запаздывающей компоненты был более крутым (у = 6-7). Во время события с релятивистскими СКЛ 13.12.2006 г. на нейтронном мониторе ст. Баренцбург на арх. Шпицберген бы-
ло зарегистрировано значимое возрастание множественных нейтронов с кратностями от 2 до 4.
Работа поддержана РФФИ, грант № 07-0201405, а также Программой Президиума РАН № 6 "Нейтринная физика".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Miroshnichenko L.I. // Proc. 30th ICRC. Merida, Mexico. 2007. V. 1. P. 253.
2. Vashenyuk E.V., Bazilevskaya G.A., Balabin Yu.V. et al. // Ibid. P. 221.
3. Вашенюк Э.В., Балабин Ю.В, Гвоздевский Б.Б. и др. // Геомагнетизм и аэрономия. 2008. Т. 48. № 2. С. 151.
4. Tsyganenko N.A. // J. Geophys. Res. 2002. V. 107. P. 1176; Doi: 10.101029/2001JA000219.
5. Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B, Schur L I. et al. // Proc. 30th ICRC. Merida, Mexico. 2007. V. 1. P. 257.
6. Bieber J.W., Clem J.M., Evenson P.A. et al. // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. P. A12106.
7. Короткое В.К. // Изв. РАН. Сер. физ. 2007. Т. 47. № 1. С. 41.
8. Timashkov D.A., Balabin Yu.V., Borog V.V. et al. // Proc. 30th ICRC. Merida, Mexico. 2007. V. 1. P. 209.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 73 < 3 2009
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.