ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2007, том 71, № 4, с. 516-517
УДК 524.1-1
ЭКСПЕРИМЕНТ ПАМЕЛА НА БОРТУ ИСЗ "РЕСУРС-ДК1"
© 2007 г. С.А. Воронов от имени коллаборации ПАМЕЛА
Московский государственный инженерно-физический институт (государственный университет)
E-mail: savoronov@mephi.ru
Рассмотрены основные задачи эксперимента РИМ-ПАМЕЛА по исследованию антивещества в космических лучах. Магнитный спектрометр, установленный на ИСЗ "Ресурс-ДК1" № 1, позволит измерить спектры антипротонов в диапазоне энергий 80 МэВ-190 ГэВ, позитронов 50 МэВ-270 ГэВ на фоне протонов и электронов. Рассмотрены основные свойства детекторов спектрометра, характеристики прибора в целом и условия проведения эксперимента на орбите.
15 июня 2006 г. с космодрома Байконур осуществлен запуск космического аппарата "Ресурс-ДК1" № 1 с магнитным спектрометром ПАМЕЛА на борту. Орбита спутника эллиптическая высотой 350-650 км и с наклонением 70°. Ориентация осей стабилизирована, положение спутника и точная ориентация его осей определяются непрерывно в течение полета и передаются на Землю вместе с научной информацией.
Эксперимент РИМ-ПАМЕЛА выполняется в рамках российско-итальянской программы РИМ. Его основные цели и задачи связаны с решением фундаментальных проблем физики космических лучей и космологии (проблемы барионной асимметрии Вселенной, природы темной материи и реликтовых черных дыр), с поиском слабовзаи-модействующих нейтральных частиц, изучением генерации и распространения галактического космического излучения, нуклеосинтеза в звездах, ускорения частиц, их взаимодействия с межзвездным газом и др. Одновременно эксперимент преследует цели исследования физики гелиосферы и околоземного космического пространства: солнечной модуляции галактических космических лучей разных знаков, процессов на Солнце и солнечных космических лучей, частиц высоких энергий в магнитосфере Земли, эффектов солнечно-земной физики, геофизических явлений. С точки зрения непосредственных измерительных задач, эксперимент направлен на детальное исследование спектров античастиц (антипротонов, позитронов, антиядер) в широком диапазоне энергий от 80 до 300000 МэВ/нук-лон, изотопного состава первичного космического излучения, электронов в диапазоне энергий до 10 ТэВ.
Прибор "ПАМЕЛА" [1], установленный на космическом аппарате, представляет собой магнитный спектрометр, включающий в себя помимо собственно спектрометра комплекс детектирующих систем, служащих для идентификации частиц и проведения измерений в различных режимах: систему охранных детекторов, координатно-чув-
ствительный калориметр на основе кремниевых детекторов с вольфрамовыми поглотителями, служащий для идентификации частиц по топологии их взаимодействия и позволяющий измерить их энергию; времяпролетную систему сцинтилляционных счетчиков, позволяющую определить скорость частиц и направление их прилета, обеспечивающую быстрый триггер первого уровня; сцинтилляцион-ные счетчики, окружающие магнит, работающие в режиме антисовпадений; нижний сцинтилляцион-ный детектор 54, регистрирующий частицы каскадов, развившихся в калориметре, и служащий для выработки триггерного сигнала для регистрации прибором электронов сверхвысоких энергий; детектор нейтронов, в совокупности с 54 и калориметром расширяющий диапазон энергий регистрируемых протонов и электронов до энергий 10 ТэВ. Каждый из детекторов является источником информации, которая в закодированном виде передается на Землю в сеансах связи.
Когда заряженная частица регистрируется сцинтилляционными счетчиками времяпролетной системы (ВПС), вырабатывается триггерный сигнал и происходит считывание информации со всех детекторов спектрометра: амплитуд импульсов со сцинтилляционных счетчиков, амплитуд и координат траектории частицы в магнитном поле с трекера и координат частиц и амплитуд в калориметре, пропорциональные поглощенной энергии, а также информация с 54 и нейтронного детектора. Одновременно происходит считывание данных о режимах работы систем и детекторов, характеризующих их состояния. Все данные события собираются системой сбора информации и запоминаются в памяти прибора, а затем во время сеанса связи передаются на Землю.
Собственно магнитный спектрометр [2] состоит из постоянного магнита и полупроводникового "трекера". Постоянный магнит состоит из пяти модулей высотой 81 мм и шести рамок толщиной 8 мм, в которых закреплены кремниевые координатные детекторы. Материал магнита - сплав
ЭКСПЕРИМЕНТ ПАМЕЛА НА БОРТУ ИСЗ "РЕСУРС-ДК1"
517
Рис. 1. Визуализация зарегистрированного события, идентифицированного как антипротон с импульсом 5.9 ГэВ/с.
Темп счета, Гц 50
Л;
40 30 20 10
t%
0 2000000 4000000 6000000 8000000
Бортовое время, мс
Рис. 2. Темп счета прибора "ПАМЕЛА" в первом сеансе измерения в зависимости от бортового времени (файл 1, 21.06.06).
0
М^е-В. Среднее поле внутри магнита 0.4 Тл с хорошей однородностью. Высота спектрометра 445 мм с зазором 161 х 131 мм2, который соответствует геометрическому фактору около 20.5 см2 • ср. Внутри магнита установлены шесть плоскостей кремниевых координатных детекторов толщиной 300 мкм. Эти детекторы позволяют измерять координаты траектории частицы с погрешностью не более 3 мкм. Одновременно измеряется заряд до 2 = 4. Мертвое время детекторов (считывание информации) 1.1 мс определяет мертвое время всего спектрометра. Характеристики спектрометра определяют максимально измеряемую жесткость частиц 1200 ГВ/с и знак их заряда.
Координатно-чувствительный калориметр [3] состоит из 44 слоев кремниевых стриповых детекторов, позволяющих измерить координаты X и У частиц, прослоенных 23 вольфрамовыми поглотителями толщиной 2.3 мм, что соответствует в сумме 0.6 длинам взаимодействия и 16 радиационным длинам.
Нижний сцинтилляционный детектор «4 расположен под калориметром и над нейтронным детектором. Размеры сцинтиллятора 480 х 480 мм, толщина - 10 мм. Шесть фотоумножителей типа ФЭУ-85 просматривают сцинтиллятор с двух сторон таким образом, чтобы достичь наилучшей однородности детектора. Нижний сцинтилляционный детектор «4 играет роль триггера для регистрации сверхвысокоэнергичных электронов, приходящих с боков калориметра вне поля зрения спектрометра, для чего порог его можно изменять в пределах от 30 до 300 однозарядных релятивистских частиц, что соответствует энергии электронов несколько сотен ГэВ.
Нейтронный детектор расположен под «4. Его задача - усилить способность калориметра распо-
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 71
знавать электронные и адронные ливни, а также расширить энергетический диапазон регистрируемых первичных протонов и электронов до 10п-1013 эВ.
Диапазоны энергий регистрируемых спектрометром частиц: антипротоны 80 МэВ - 190 ГэВ, позитроны 50 МэВ-270 ГэВ, электроны до 400 ГэВ, протоны до 700 ГэВ, поток электронов и позитронов до 10 ТэВ, легкие ядра (до Z = 6) до 200 ГэВ/нук-лон. Чувствительность к антиядрам до 10-8 отношения анти He/He.
За 3 года измерений на орбите будет зарегистрировано следующее количество частиц: протонов 3 ■ 108 в диапазоне 80 МэВ - 700 ГэВ, антипротонов >3 ■ 104 (80 МэВ - 190 ГэВ), электронов 6 ■ 106 (50 МэВ - 10 ТэВ), позитронов >3 ■ 105 (50 МэВ -270 ГэВ), ядер Не 4 ■ 107 (80 МэВ/нуклон - 700 ГэВ/ну-клон), Ве 4 ■ 104 (80 МэВ/нуклон - 700 ГэВ/нуклон), С 4 ■ 105 (80 МэВ/нуклон - 700 ГэВ/нуклон).
В настоящее время начался планомерный набор статистики. На рис. 1 приведен пример визуализации системой экспресс обработки одного из событий, идентифицированного как антипротон, на рис. 2 - широтный ход темпа счета триггера, полученный в сеансе измерения при первом включении спектрометра.
Настоящая работа поддержана проектом РФФИ № 06-02-16327а.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bongi M. et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2004. V. 51.
№ 3. P. 854.
2. Straulino S. et al. // Nucl. Instum. Methods. A. 2004.
V. 530. P. 168.
3. Bonvicini V. et al. // Proc. 26th ICRC. Salt Lake City.
1999. V. 5. P. 187.
< 4 2007
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.