Детектор солнечных космических лучей 

В результате спорадических явлений солнечной активности электроны и ионы ускоряются до энергий до нескольких МэВ и до нескольких ГэВ соответственно. Таким образом образуются солнечные космические лучи (СКЛ) [1]. Во время солнечных вспышек их интенсивность становится высокой, что опасно для космонавтов и космической аппаратуры [4]. Для мониторинга потока электронов и ионов СКЛ, а также для измерения их спектра в настоящей работе разрабатывается детектор. 

Детектор представляет собой цилиндр, состоящий из нескольких сцинтилляционных шайб. При прохождении частиц сквозь детектор в шайбах высвечиваются фотоны, которые через оптоволокно попадают в SiPM. Фотоны попадают в оптоволокно за счёт того, что в шайбах просверлена канавка, куда оно вклеивается. Такая конструкция позволяет вынести электронику подальше от пучка частиц, а также имеет хорошую однородность светосбора. 

Рис. 1Слева: основные элементы детекторного блока макета: 1 – сцинтилляционные шайбы, 2 – кремниевые лавинные фотодиоды (SiPM), 3 – температурный датчик, 4 – монтажно-защитный корпус. Справа: собранный макет без электроники. 

Детектор проектируется для измерения электронов с кинетической энергией от 1 до 10 МэВ и протонов с кинетической энергией от 10 МэВ до 100 МэВ. Методика измерения основана на кривой ионизационных потерь частиц в веществе. Частицы, проходя сквозь детектор, в разных шайбах выделяют разное количество энергии, что позволяет восстановить кривую потерь. Для протонов эта кривая имеет характерный пик Брегга [3], по положению которого можно определить энергию частицы. 

 


Рис. 2 Кривая ионизационных потерь протонов и электронов в сцинтилляторе. 

Расчёт выделения энергии в шайбах был выполнен с помощью Монте Карло моделирования на Geant4 [2]. В качестве физической модели использовался модуль стандартной электромагнитной физики G4EmStandartPhysics, включающий в себя описание процессов, оказывающих основное влияние на распространение частиц в детекторе: ионизационные потери, упругое кулоновское рассеяние и тормозное излучение. 

В силу того, что детектор разрабатывается для измерений в космосе, то требовалось оптимизировать его габариты и массу. Длина детектора будет составлять 7 см, диаметр шайб составит 3 см. Такие габариты позволяют останавливать частицы в требуемом диапазоне энергий, а также поглощать большую часть электромагнитных ливней, рождённых регистрируемыми частицами в детекторе. Суммарная масса детектора включая электронику и корпус не превысит 700 г. 

В качестве SiPM были выбраны hamamatsu S12575-015P. Было промерено оптимальное напряжение на SiPM при разных температурах от 0 до 50 градусов Цельсия. Оказалось, что при комнатной температуре оптимальное напряжение 68.5 В. При изменении температуры на +1 градус необходимо менять напряжение приблизительно на +0.06 В (зависимость линейная). 

Детектор будет работать в двух режимах: в счётном и в интегральном. Счётный режим используется в том случае, когда поток частиц СКЛ ниже скорости регистрации детектора. В таком случае каждая кривая потерь анализируется отдельно, и по ней определяется энергия частицы методом максимального правдоподобия. Интегральный режим используется при большом потоке СКЛ, например, во время солнечных вспышек. В этом режиме выделяемые энергии регистрируемых частиц складываются, и анализируется суммарная кривая потерь. Из неё, например, с помощью регуляризации Турчина [5] восстанавливается спектр частиц. Погрешность детектора не превысит 10%. 

 

Рис. 3 Пример восстановления дифференциального спектра протонов в компьютерной модели. 

Работа выполнена за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 17-72-20134). 

Сечение захвата солнечных нейтрино ядром 76Ge 

Цель работы заключается в вычислении сечений и скорости захвата солнечных нейтрино ядрами 76Ge, что могло бы помочь в оценке нейтринного фона в экспериментах по безнейтринному двойному бета-распаду типа GERDA. В качестве исходного материала были взяты спектры возбуждённых состояний ядра 76Ge, опубликованные в журнале Physical Reviw (2012). Основная проблема заключается в декомпозиции спектра, т.e. представлении спектра в виде совокупности резонансных и нерезонансных состояний, что необходимо для определения матричных элементов ядерного перехода. Консультации по теоретической части нам устраивают профессор Курчатовского института д.ф.-м.н. Лютостанский Юрий Степанович и его коллега д.ф.-м.н. Тихонов Виктор Николаевич. 

По теме работы было произведено несколько докладов на международных конференциях: в Гейдельберге 3-9 июня (XXVIII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics), в Воронеже 1-6 июля (68 Международная научная конференция по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра «Ядро 2018»), в МИФИ 22-26 октября (4 Международная конференция по физике частиц и астрофизике). 

По результатам работы готовится статья в журнале «Известия РАН. Серия Физическая». Англоязычный вариант статьи выложен на архиве (https://arxiv.org/abs/1810.07452). 

В настоящее время изучается вклад в структуру резонансных уровней т.н. пигми-резонансов – побочных спутников Гамов-Теллеровского резонанса, имеющих место в зарядово-обменных процессах. 

Компьютерные методы 

Разработка Байесовских методов в рамках коллаборации BAT 

Разработка платформы DataForge для автоматизированной работы с данными 

Разработка библиотек для научного программирования 

Разработка и применение компьютерных методов 

Атмосферная физика 

Симуляции 

Конференции и публикации 

Послано две статьи в сборники трудов конференции (AYSSTEPA) 

Опубликована статья PHYS. REV. D 98, 082001 (2018) “Structures of the intracloud electric field supporting origin of long-lasting thunderstorm ground enhancements” A.CHILINGARIAN et al. 



Публикации: 2018 


Статьи: 

Название / ссылка 

Авторы 

Опубликовано (дата) 

Финансирование / отчетность 

Application of Turchin’s method of statistical regularization /  https://doi.org/10.1051/epjconf/201817707005  

Mikhail Zelenyi  , Mariia Poliakova , Alexander Nozik, Alexey Khudyakov, 

18.04.2018 

Ministry of Education and Science of the Russian Federation under 

the contract No. 3.3008.2017/PP. 

Chemical composition analysis for X-ray transport container scans. / http://pepan.jinr.ru/ 

A. Zelenaya, M. ZelenyiA.A.Turinge,  V.G. Nedorezov 

 

Ministry of Education and Science of the Russian Federation under 

the contract No. 3.3008.2017/PP. 

Cosmic-ray muon flux at Canfranc Underground Laboratory 

W.H. Trzaska, M. Slupecki, I. Bandac, A. Bayo, A. Bettini, L. Bezrukov, T. Enqvist, A. Fazliakhmetov, A. Ianni, L. Inzhechik, J. Joutsenvaara, 
P. Kuusiniemi, K. Loo, B. Lubsandorzhiev, M. Nelubina, and A. Nozik 

in progress 

This work has been supported in part 
by the grant of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation 
number 3.3008.2017. 

Сечение захвата солнечных нейтрино ядром 76Ge 

А.К.Выборов, Л.В.Инжечик, Г.А.Коротеев, Ю.С.Лютостанский, В.Н.Тихонов, А.Н.Фазлиахметов 

in progress 

журнал Известия РАН 

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 18-02-00670 и государственного задания Минобрнауки России 3.3008.2017/ПЧ. 

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЫСОКОЭНЕРГЕНТИЧНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ И ГАММА-КВАНТОВ В АТМОСФЕРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ 

Зелёный М. Е., Стадничук Е. М. 

2018 

Труды тринадцатой ежегодной конференции "Физика плазмы в солнечной системе" 

This work is supported by the Russian Science Foundation under grant No. 17-12-01439 

Проектирование детектора протонов и электронов для мониторинга солнечных космических лучей 

М. Зелёный, Е. Стадничук, А. Нозик, И. Зимовец, А. Кудинов и И. Резников 

in progress 

Работа выполнена за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 17-72-20134) 

Calculation of gain coefficient in Dwyer relativistic discharge feedback model of thunderstorm runway breakdown 

Mikhail ZelenyiEgor Stadnichuk and Alexander Nozik 

in progress 

This work is supported by the Russian Science Foundation under grant No. 17-12-01439 

 

Конференции: 

Название / ссылка 

Дата 

Тип конференции 

Тип доклада 

Финансирование / отчетность 

The 3rd International Conference on Particle Physics and Astrophysics 

https://indico.particle.mephi.ru/event/14/ 

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/934/1/012019/meta 

2-5 October 2017 

международная 

постерный 

This work was supported by the grant of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation number 3.3008.2017. 

 
68 Международная научная конференция по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра «Ядро 2018» 

Koroteev G.A. Solar neutrino capture cross-section for 76Ge nuclei 

http://www.science.vsu.ru/cprofile&c_id=837 

http://www.science.vsu.ru/files/conf_837_8.pdf 

01.07.2018 - 06.07.2018 

международная 

устный доклад 

This work is supported by grants of the Russian Foundation of Basic Research No. 18-02-00670 and Ministry of Education and Science of the Russian Federation under the contract No. 3.3008.2017/PP. 

XXVIII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics 

https://www.mpi-hd.mpg.de/nu2018/ 

постера 

https://zenodo.org/record/1292907 

https://zenodo.org/record/1292920 

4–9 June 2018 

международная 

постерный 

This work is supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation under the contract No. 3.3008.2017/PP and the Russian Foundation for Basic Research (project no. 18-02-00670) 

КОНФЕРЕНЦИЯ КОНКУРС МОЛОДЫХ ФИЗИКОВ 

http://konkmolphys.moomfo.ru/ 

 
http://konkmolphys.moomfo.ru/sites/default/files/%D0%A2%D1%80%D1%83%D0%B4%D1%8B%20%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%B8%202018.pdf 

марта 2018 

международная 

постерный 

Данная работа выполнена в рамках исполнения государственного задания Минобрнауки России 3.3008.2017/ПЧ. 

ICPPA-2018 

Nozik A. A. Time of arrival analysis of constant count rate measurements data 

22-26 октября 2018 

международная 

устный 

? 

Thunderstorms and Elementary Particle Acceleration (TEPA-2018) 10 years of TGE observation on Aragats 

Egor Stadnichuk, Monte Carlo simulation of the Relativisticfeedback discharge model (RFDM) 

17-20 сентября 2018 

международная 

устный 

This work is supported by the Russian Science Foundation under grant No. 17-12-01439 and Ministry of Education and Science of the Russian Federation under the contract No. 3.3008.2017/PP 

The XXII International Scientific Conference of Young Scientists and Specialists (AYSS-2018) 

Mikhail Zelenyi, About some question in modern models of thunderstorm runway breakdown 

23-27 апреля 2018 

международная 

устный 

This work is supported by the Russian Science Foundation under grant No. 17-12-01439 

The XXII International Scientific Conference of Young Scientists and Specialists (AYSS-2018) 

23-27 апреля 2018 

международная 

постер 

Работа выполнена за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 17-72-20134) 

Физика элементарных частиц и космология 2018 

9-10 апреля 2018 

всероссийская 

устный 

Работа выполнена за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 17-72-20134) 

Физика элементарных частиц и космология 2018 

9-10 апреля 2018 

всероссийская 

постер 

This work is supported by the Russian Science Foundation under grant No. 17-12-01439 

Тринадцатая ежегодная конференция "Физика плазмы в солнечной системе" 

12-16 февраля 2018 

всероссийская 

устный 

This work is supported by the Russian Science Foundation under grant No. 17-12-01439 

61-я Всероссийская научная конференция МФТИ 

Стадничук Егор, Проектирование детектора солнечных космических лучей 

19-25 ноября 2018 

всероссийская 

устный 

Работа выполнена за счёт гранта Российского научного фонда (проект № 17-72-20134).