Диссертация (1149454), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Задержка импульса относительно моментапрохождения частицы через счетчик обусловлена дрейфом электронов вдоль электрическогополя счетчика и составляет 4-5 мкс. В рабочем режиме большинство импульсов имеетамплитуду от 5 до 50 мВ. Технические характеристики мюонного телескопа приведены втаблицах 2.2, 2.3, 2.4.2.3.3 Экспериментальный стенд для регистрации нейтронов, генерированных в грозовойатмосфереДля исследования всплесков в нейтронах во время ближних гроз и определениявозможного влияния электромагнитных помех от молнии на регистрацию нейтронов, в 2013 гнабазеЯкутскогоспектрографакосмическихлучейИКФИАСОРАНсозданэкспериментальный стенд, состоящий из двух стандартных нейтронных счетчиков СНМ-15 (всвинце и без свинца), и комплекса из вертикальной штыревой антенны с усилителем,62регистрирующего электромагнитные сигналы ближних молний (рисунок 2.11).
Запись сигналовс антенны и счетчиков осуществлялась через АЦП E-14-440 с частотой 100 кГц на каналпосредством штатного ПО Lgraph2, поставляемого производителем АЦП. Таким образом,временное разрешение составило 10 мкс. В 2014 г. был добавлен третий, стандартный счетчикСНМ-15, у которого отсутствует рабочий газ.
Счетчик использовался в качестве контрольного.Схема включения третьего счетчика идентична схеме включения двух рабочих счетчиков,включая высокое напряжение подаваемое на него.Рисунок 2.11. Экспериментальный стенд для исследования всплесков нейтронов вовремя ближних гроз. На рисунке цифрами обозначены: 1 –счетчик СНМ-15 в свинце иполиэтилене; 2 – счетчик СНМ-15 без свинца в полиэтилене; 3 – счетчик СНМ-15 без газа(контрольный); 4 – фильтры по высокому напряжению; 5 – высоковольтный источник питанияБНВ-2-95; 6 – персональный компьютер; 7 – АЦП L-Card E-14-440; 8 – источникбесперебойного питания.Основным отличием описываемого экспериментального стенда от других установок длярегистрации нейтронов во время молниевых разрядов [184, 188, 291] является то, что сигналыоцифровывались с помощью АЦП непосредственно со счетчиков СНМ-15, без усилителей иформирователей.
Такое решение позволило наблюдать импульсы на аноде (нить) счетчика отединичных частиц и сигналы электромагнитных помех, наводимых от ближних молний накабели и элементы схемы счетчика. Так же решалась задача по определению времени задержкиприхода частиц относительно молниевого разряда.
Схема включения счетчиков в данном63эксперименте представлена на рисунке 2.12. В рабочем режиме импульсы со счетчиков имеютамплитуду от 4 до 150 мВ.Рисунок 2.12. Схема включения счетчиков в экспериментальном стенде. На рисункецифрами обозначены: 1 – счетчик СНМ-15 без газа (контрольный); 2 – счетчик СНМ-15 вполиэтилене; 3 – счетчик СНМ-15 в свинце и полиэтилене; 4 – вертикальная штыревая антенна;5 – усилитель; 6 – АЦП L-Card E14-440; 7 – персональный компьютер; 8 – полиэтилен; 9 –свинец; 10 – фильтр по высокому напряжению.Схема включения счетчиков в указанном стенде немного отличается от используемойсхемы включения в нейтронном мониторе 24-NM-64. В цепь между резистором нагрузкисчетчика, с которого снимается сигнал, добавлен конденсатор с целью уменьшения общейемкости схемы включения (рисунок 2.12). Этот схемотехнический прием дал возможностьувеличить быстродействие счетчика.На рисунке 2.13 представлена форма и длительность импульсов от частиц в счетчикенейтронного монитора 24-NM-64 и в счетчике экспериментального стенда.
Как видно изрисунка 2.13, длительность импульса в схеме включения счетчиков нейтронного монитора 24NM-64 (~1440 мкс или 210 мкс на половине высоты импульса) значительно больше64длительности импульсов в экспериментальном стенде (~ 90 мкс или 28 мкс на половине высотыимпульса).Рисунок 2.13. Форма импульсов в счетчике нейтронного монитора 24-NM-64 (верхнийграфик) и форма импульсов в счетчике экспериментального стенда (нижний график).Время восстановления счетчика СНМ-15 после очередного импульса определяется, восновном, емкостью схемы включения, благодаря которой импульс может затягиваться до 1001500 мкс (собственное время восстановления счетчика 4-5 мкс.).
Для основной задачинейтронного монитора (регистрация нейтронов вторичных космических лучей) длительностьимпульса более 100 мкс не является критичным значением, поскольку среднее время междуфоновыми импульсами нейтронов космических лучей составляет 100-125 мс (8-10 имп/с) наодин счетчик, что на три порядка превосходит длительность самих импульсов. Но какпоказывают экспериментальные наблюдения на стенде в течение двух летних сезонов (2013,2014 гг.) в момент молниевых разрядов наблюдаются группы нейтронов по 15 и более шт.,укладывающиеся во временной промежуток 800-1500 мкс. Соответственно, такие группынейтронов практически не обнаруживаются стандартным нейтронным монитором 24-NM-64 попричине большой постоянной времени схемы включения детекторов по сравнению сдлительностью группы.Запись сигналов с антенны и счетчиков производилась во время ближних гроз в«синоптическом» режиме: оцифрованные данные непрерывно сохранялись на жесткий дисккомпьютера.
Продолжительность записи в зависимости от длительности грозы составляла от 2-65х до 6 часов. Объем данных составлял от 5 до 16 Гб на одну запись. Запуск регистрацииосуществлялся в автоматическом режиме или дистанционно, посредством программы дляудаленного управления.Форма «полезных» сигналов в счетчике от прохождения частиц существенно отличаетсяот сигналов помех различного происхождения [262], что дает возможность надежно различатьих визуально или с помощью специально написанных программ. Основное отличие сигнала,создаваемого частицей в счетчике, от сигнала помехи состоит в том, что сигнал от прохождениячастицы имеет всегда отрицательную полярность, короткий фронт (менее 10 мкс) и болеедлительное время восстановления (40-120 мкс), наличие после импульса характерного «горба»положительной полярности и небольшой амплитуды (10-30 мВ), длительностью 0,5-1,2 мс.Появление импульса положительной полярности после основного отрицательного, становитьсяпонятным, если рассматривать разделительный конденсатор в схеме включения и входноесопротивление АЦП как дифференцирующую RC-цепочку.
Пример формы импульса отчастицы в счетчике экспериментального стенда показан на рисунке 2.13 (нижний график).2.4. Измерение метеорологических характеристик атмосферыДля измерения метеорологических параметров атмосферы в пунктах наблюдения в Тикси и наЯкутском спектрографе космических лучей были установлены автономные ультразвуковыеметеорологические станции АМК-04 (рисунок 2.14) производства Института мониторингаклиматических и экологических систем СО РАН (г. Томск). Метеорологическая станция АМК04 позволяет производить автоматические измерения и регистрацию на компьютер основныхметеорологических параметров атмосферы:-температуры воздуха;-скорости и направления горизонтального ветра;-скорости вертикального ветра;-относительной влажности воздуха;-атмосферного давления.Метеостанция передает в компьютер данные о мгновенных значениях скорости ветра (потрем взаимно перпендикулярным направлениям) и температуры воздуха с разрешающейспособностью не хуже 0,01 м/с для скорости ветра и не хуже 0,01С для температуры воздуха смаксимальной частотой измерений этих значений, равной 10 Гц, с последующимавтоматическим вычислением до 60 статистических и турбулентных параметров атмосферы.66Рисунок 2.14.
Автоматическая ультразвуковая метеостанция АМК-04.Функционирование прибора основано на ультразвуковом методе измерения температурыи скорости ветра, что обеспечивает малую инерционность измерений (не более 10-3 сек) ипозволяет повысить чувствительность прибора к турбулентным изменениям указанныхметеорологических параметровЗапись метеорологических данных на компьютер осуществляется при помощи штатногопрограммного комплекса под общим названием «Ультразвуковая метеостанция, версия 3.0», всостав которого входят три 32-битовых Windows-приложения (программы):-базовое приложение «МЕТЕО 3.0»;-приложение«Ультразвуковаяметеостанция.Базаданных»(сокращенноеАнализданных»(сокращенноенаименование «МЕТЕО DB»);-приложение«Ультразвуковаяметеостанция.наименование «МЕТЕО DP»);-а также база данных (ее шаблон).ПО предназначено для использования в операционных системах Windows’98/NT/2000 иXP.
Результаты измерений и вычисленные метеорологические параметры записываются вфайлы.Измеряемые и вычисляемые метеорологические параметрыПрограмма «МЕТЕО 3.0» позволяет получать из первичных данных следующуюметеорологическую информацию:характеристики воздуха1) T - средняя температура воздуха, 0С;2) [T] - стандартное отклонение температуры, 0С;3) Tr - средняя температура воздуха, 0С;4) P - атмосферное давление, гПа (или в мм.рт.ст.);5) r – относительная влажность воздуха, %;676) e – упругость (давление) водяного пара, гПа;7) Ed – дефицит влажности, гПа;8) Td – температура точки росы, 0С;9) q – абсолютная влажность воздуха, г/м3;10) m – массовая концентрация влаги, o/oo;11) – плотность воздуха, г/м3;характеристики ветра12) V – средняя скорость горизонтального ветра, м/с;13) Vmin – минимальная скорость мгновенного горизонтального ветра, м/с;14) Vmax – максимальная скорость мгновенного горизонтального ветра, м/с;15) [V] – стандартное отклонение скорости горизонтального ветра, м/с;16) D – среднее направление горизонтального ветра, градусы (или в Д.У.);17) [D] – стандартное отклонение направления ветра, градусы;18) w – средняя скорость вертикального ветра, м/с;19) [w] – стандартное отклонение скорости вертикального ветра, м/с;20) W – модуль среднего вектора скорости ветра, м/с;21) – угол наклона к горизонту среднего вектора скорости ветра, градусы;22) Vs – среднее значение южной компоненты скорости ветра, м/с;23) Ve – среднее значение восточной компоненты скорости ветра, м/с;24) Trmin – минимальная средняя температура воздуха, °С;25) Trmax – максимальная средняя температура воздуха, °С;26) Tmin – минимальная средняя температура воздуха, °С;27) Tmax – максимальная средняя температура воздуха , °С;28) Vmin – минимальная скорость мгновенного горизонтального ветра , м/с;29) Vmax – максимальная скорость мгновенного горизонтального ветра, м/с;°2.5 ВыводыЭлектромагнитныеоднопунктовогосигналыгрозовыхгрозопеленгатора-дальномера,разрядоврегистрировалисьохватывающегосвоимиприпомощинаблюдениямитерриторию радиусом 1200 км.
Максимальное стандартное отклонение по пеленгу ~ 2,5˚.Ошибка определения координат молниевого разряда по описанной методике однопунктовойдальнометрии составляет ~18%.68Вариацииатмосферногоэлектрическогополяизмерялисьэлектростатическимифлюксметрами производства НИРФИ и Boltek Corporation. Перед установкой на регистрациювсе флюксметры калибровались в искусственном электрическом поле.Автором разработан, сконструирован и запущен в эксплуатацию электростатическийфлюксметрдляполевыхисследований.Приборпозволяетизмерятьнапряженностьэлектрического поля в диапазоне +/- 50 кВ/м с точностью 0,1В/м.
Время отклика не более0,062с. Разработанный флюксметр выполнен в алюминиевом пыле-влагозащищенном корпусе,имеет небольшие габариты и малый вес. Питание осуществляется от двух аккумуляторов либодвухполярного источника питания +/-12В. Ток потребления не более 150 мА.Для изучения вариаций нейтронов и мюонов космических лучей в грозовой атмосферепривлекались данные нейтронного монитора 24-NM-64 и мюонного телескопа на уровне землии в шахте на глубине 7, 20, 40 метрах водного эквивалента. Приборы установлены на Якутскомспектрографе космических лучей.Нейтронный монитор позволяет регистрировать частицы с энергией от 10 до 30 МэВ.Для падающих на монитор нейтронов с энергией 3 МэВ эффективность регистрации составляетвеличину 10%, 0.5 Мэв - 2%, а для тепловых - 0.5%МюонырегистрировалисьстандартнымигазоразряднымисчетчикамиСГМ-15,объединенными в мюонные телескопы. Мюонные телескопы установлены на поверхностиземли (0 м.в.э.) и в шахте на уровнях 7, 20, 40 м в.э.Для исследования всплесков нейтронов в атмосфере, а также изучения влиянияэлектромагнитныхпомехотмолниинарегистрациюнейтронов,авторомсозданэкспериментальный стенд, состоящий из трех стандартных нейтронных счетчиков СНМ-15: всвинце, без свинца, контрольный без рабочего газа, и приемного комплекса из вертикальнойштыревой антенны с усилителем, регистрирующего электромагнитные сигналы ближнихмолний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
