1. В работе описывается впервые созданная автором на основе результатов проведенного эксперимента математическая модель нескольких радиационных потоков: поток первичных частиц, поток излучения Вавилова-Черенкова и очень низкочастотного радиоизлучения в атмосфере.
Для исследования первичного энергетического спектра существует несколько подходов, одним их которых является метод измерения по спектру плотностей излучения Вавилова-Черенкова, генерируемого в атмосфере релятивистскими частицами широких атмосферных ливней (ШАЛ). Оказывается, что спектр плотностей черенковского излучения ШАЛ достаточно хорошо отражает первичный энергетический спектр.
Интенсивность потока измерена автором на Якутской установке ШАЛ (ЯКУШАЛ) по потоку черенковских вспышек в атмосфере Земли в диапазоне энергий 1015–1017 эВ, на Самаркандской установке (СамГу).
В процессе математического моделирования эксперимента методом Монте-Карло разыгрывался спектр плотностей черенковского излучения ШАЛ в различных вариантах. При этом в расчет закладывалась экспериментально измеренная нами функция пространственного распределения черенковского излучения ШАЛ.
Абсолютная интенсивность получена в первичном спектре при нормировке разыгранного спектра на измеренный.
Таким образом, из интегрального спектра плотностей черенковского излучения ШАЛ был получен первичный спектр, охватывающий диапазон энергий от 2·1015 эВ до 1017 эВ. Спектр аппроксимируется функциями:
F (> E0) = 1,8·10-10·
, см-2с-1ср-1;
2·1015 < E0 < 5·1015 эВ;
F (> E0) = 7,1·10-10·
, см-2с-1ср-1;
7·1015 < E0 < 1017 эВ.
По флуктуациям потока вторичных частиц измерена прозрачность атмосферы над Якутской и Самаркандской установками.
2. Поток очень низкочастотного радиоизлучения (ОНЧ).
При прохождении лавины ШАЛ через атмосферу Земли релятивистские частицы ионизируют атомы воздуха.
Возникает столб ионизации
ОНЧ излучение вызвано токами, созданными электрическим полем Земли в ионизационном следе от ШАЛ; амплитуда же электрического вектора волны ОНЧ связана с энергией первичной частицы, вызвавшей это излучение.
Поставлены следующие задачи:
1. В результате моделирования получить амплитудный спектр ОНЧ излучения, согласующийся с экспериментально измеренным автором.
2. На этой основе вывести интегральную функцию распространения, приводящую к согласию модельного спектра с экспериментально измеренным.
В результате розыгрыша потока атмосфериков, инициированных ШАЛ, найти связь между энергетическим спектром космических лучей и спектром плотностей потока атмосфериков.
В математическую модель закладывались следующие функции: A(f) – амплитудный спектр источника, B(f, D) – интегральная функция распространения для данного сезона вида, выведенная автором в аналитическом виде, Ф(f) – аппаратурная функция, включающая в себя полосу пропускания и чувствительность на каждом частотном канале.
Из интегрального спектра плотности потока атмосфериков и первичного энергетического спектра ШАЛ, полученных в результате розыгрыша, можно найти коэффициент связи между напряженностью электрического поля атмосфериков, зарегистрированных в данной точке приема, и энергией космических лучей, породивших их.
Этот коэффициент связи получен в виде зависимости, построенной с учетом порога амплитудного отбора напряженности, заложенного в модель, и верхней границы интенсивности спектра:
Е0 = 2,36•1017•Е0,71 эе.
3. Поток ионизационного излучения, генерируемых частицами сверхвысоких энергий.
Проведен численный эксперимент, в результате которого получены показатели, позволяющие по вторичным потокам идентифицировать энергетический спектр первичных частиц.
4. Показано влияние космической радиации на организм человека.
Начиная с энергий более 108 эВ за пределами магнитосферы, частицы не могут быть поглощены стенками космического корабля, и поэтому оказывают радиационное воздействие на организм космонавтов на высотах более 800 км.
Вывод: для защиты человека за пределами магнитосферы необходимо применять мощные и компактные энергоустановки, способные создать достаточное защитное поле, и эффективные поглощающие материалы.
5. Получена оценка предельной энергии первичных частиц.
Разработан механизм ускорения частиц в галактике.
За пределами галактики движение частиц приобретает диффузный характер.
Показано, что прирост энергии частиц, напрямую связан с временем их блуждания в межгалактическом пространстве.
Показано, что частиц с энергией более 1020 эВ в природе не существует.
6. Впервые создана независимая модель интенсивности потока частиц сверхвысоких энергий.