Приборы для эксперимента CLOUD в ЦЕРН

Долгопрудненская Научная Станция ФИАН (ДНС ФИАН) является одним из инициаторов и организаторов  Международного эксперимента "CLOUD" в  Европейском центре ядерных исследований (CERN) - ЦЕРНе.  Основными задачами этого эксперимента (проекта) является изучение роли космических лучей в процессе нуклеации в атмосфере,  в атмосферных явлениях, в процессе формирования облачности и молниевых разрядов и, в конечном  итоге, - в процессе наблюдаемого глобального потепления на Земле.

   Эксперимент CLOUD мультидисциплинарен и интернационален. В нем участвуют экспериментаторы и теоретики, известные специалисты по физике и химии атмосферы, физике космических лучей и климатологии. В выполнении работ заняты ученые и молодые специалисты из 18 институтов следующихстран: Австрии, Великобритании, Германии, Португалии, России, США, Финляндии и Швейцарии. Каждый член сотрудничества CLOUD задействован и в подготовке необходимой экспериментальной аппаратуры, и в проведении самого эксперимента, и в анализе полученных данных. Каждая страна разработала и изготовила определенную часть комплексной экспериментальной установки.

   ДНС ФИАН сконструировала два прибора-детектора. Во первых, годоскоп, который состоит из сцинтилляционных счетчиков для регистрации потока заряженных частиц от ускорителя. Он позволяет получать информацию о пространственно-временном распределении потока проникающих частиц в плоскости, перпендикулярной пучку.  Во вторых, прибор для измерений потока космических лучей в месте проведения эксперимента. Он включает в себя комбинации из нескольких десятков газоразрядных счетчиков с фильтрами и дает возможность раздельно регистрировать поток заряженных космических частиц и локальную радиоактивность. Данные инстументы были успешно и своевременно спроектированы, изготовлены на ДНС ФИАН и запущены в работу в ЦЕРНе в середине 2009 г.  С тех пор они постоянно и успешно используются  во время  проведения запланированных исследований  в рамках  Международного эксперимента "CLOUD" в ЦЕРНе.

Ниже кратко изложены некоторые характеристики  указанных инструментов.

1) Сцинтилляционный годоскоп.

Он является детектором  пучка заряженных частиц от ускорителя и необходим для  для определения условий ионизации атмосферы в рабочей камере эксперимента CLOUD. То есть, сцинтилляционный годоскоп  показывает нам - какой поток ионизующего излучения от ускорителя попадает в камеру эксперимента  CLOUD и создает ионизацию в ней.  "Чувствительная" площадь координатных сцинтилляционных детекторов составляет ~ 4 м2.

Ниже приведен снимок сцинтилляционного годоскопа и системы on-line визуализации экспериментальных данных  в момент тестирования прибора в ЦЕРНе летом 2009г:

После тестирования сцинтилляционный годоскоп был установлен  на технологическом выходе PS ускорителя в ЦЕРНе в месте проведения работ по эксперименту CLOUD.

Сцинтилляционный годоскоп измеряет полную интенсивность потока заряженных частиц от ускорителя, получая полную координатную карту пучка в единицу времени. 
Управляющая программа фиксирует и показывает пространственное распределение  потока заряженных частиц, проходящих через сцинтилляционный годоскоп и попадающих затем в рабочую камеру. 

2) Прибор для регистрации потока фоновых заряженных частиц типа "Ковёр" (CARPET).

    В отличие от сцинтилляционного годоскопа, прибор Ковёр выполнен на классических газоразрядных  счётчиках Гейгер-Мюллера. Обычный вариант прибора Ковёр, изготовляемый на ДНС ФИАН для фиксации потока заряженных частиц, включает 240 или 120 российских счётчиков СТС-6. Так было и с прибором для ЦЕРН-CLOUD. Прибор Ковёр, в отличие от сцинтилляционного годоскопа, является не координатным, а интегральным регистратором - сумматором потока заряженных частиц: он ведёт счёт и накопление импульсов от потока пролетающих заряженных частиц по всей площади прибора. Но по 3-м энергетическим каналам. Прибор Ковёр собран из 2-х детекторных вертикальных модулей (см. фото ниже), объединённых регистрирующей и суммирующей электроникой по всему прибору. Как видно по снимку, 2-х детекторный модуль - "телескоп" - имеет верхний и нижний газоразрядные счётчики. Суммирующая электроника прибора Ковёр фиксирует и накапливает импульсы от этих телескопов таким образом, что:
-  все импульсы от всех верхних счётчиков всех телескопов прибора Ковёр суммируются в счётчике 1-го канала
-  все импульсы от всех нижних счётчиков всех телескопов прибора суммируются в счётчике 2-го канала

-  все совпадения одновременных срабатываний верхнего и нижнего счётчиков любого телескопа прибора суммируются в счётчике 3-го канала.

В рамках эксперимента  CLOUD прибор Ковёр измеряет интенсивность  космических лучей  и естественного радиационного фона в мест проведения эксперимента.

   

Управляющая программа прибора Ковёр обеспечивает просмотр текущего уровня потока заряженных частиц по 3-м энергетически-пространственным каналам прибора. А также выполняет накопление и сохранение данных эксперимента в режиме долговременного круглосуточного мониторинга.

В настоящее время на основе проведенного всестороннего анализа экспериментальных данных полученных в эксперименте CLOUD получены первые важные результаты. Они представлены на многих международных конференциях, опубликованы в значительном ряде рецензируемях журналов, включая такие издания как журналы "Природа" (2012)   и  "Nature" (Nature, v.476, №7361, 2011,  и   Nature, v.502, №7471,  2013 ) и "Science" (Science, v. 344, p. 717-721, 16 May 2014)