Сектор космических лучей (101)

Заведующий сектором: Юрий Васильевич Балабин (кандидат физ.-мат. наук)

Основная научная задача

Исследование космических лучей и энергичных частиц в высокоширотных областях Земли на основе экспериментального и модельного изучения.

Основные направления исследований

• Получение экспериментальных данных о космических лучах и энергичных частицах в авроральной зоне и полярной шапке.
• Изучение на основе полученных данных:
  • первичных космических лучей, галактических (ГКЛ) и солнечных (СКЛ);
  • процессов генерации на Солнце и распространения в межпланетном магнитном поле (ММП) и проникновения в магнитосферу Земли релятивистских солнечных космических лучей;
  • влияния космических лучей на атмосферные и климатические изменения;
  • радиационной опасности от космических лучей на трансполярных авиатрассах;

Экспериментальная база

Станция нейтронного мониторинга на базе ПГИ в Апатитах (Работает с 1968 г.)

Оснащение:

• прибор стандартного типа 18-НМ-64, состоящий из 3-х секций, в каждой из которых 6 нейтронных счетчиков типа СНМ-15. Эффективная площадь регистрации 18 м², средняя скорость счета 360000 имп/час;
• цифровой датчик давления, точность регистрации 0.1 мб;
• aвтоматизированная система сбора данных с временным разрешением 10 с и выдачей информации в реальном времени в Интернет.

Станция нейтронного мониторинга в обсерватории ПГИ, пос. Баренцбург на арх. Шпицберген (Работает с 2003 г.)

Оснащение:

• стандартный нейтронный монитор 18-НМ-64, включающий 3 секции-модуля. Основу каждого модуля составляет стандартный морской 20-футовый контейнер, в котором смонтирована секция нейтронного монитора, состоящая из 6 нейтронных счетчиков СНМ-15, окруженных слоями свинца и полиэтилена. Каждый модуль имеет индивидуальную систему обогрева с терморегулятором;
• цифровой барограф;
• компьютеризованная система сбора данных. Данные регистрирутся с временным разрешением 1 мин. и публикуются в Интернете в реальном времени.

Перечень научных проблем

• Исследование релятивистских солнечных космических лучей по данным наземных наблюдений на нейтронных мониторах.
  • Определение характеристик первичных СКЛ из данных нейтронных мониторов методом решения обратной задачи.
  • Исследование процессов генерации релятивистских СКЛ на Солнце на основе изучения динамики первичных СКЛ в отдельных событиях.
  • Исследование распространения релятивистских СКЛ в межпланетном магнитном поле и их проникновения в магнитосферу Земли.
• Исследование взаимодействия космических лучей (галактических и солнечных) с земной атмосферой и их воздействие на погодные и климатические процессы.
• Прикладные вопросы, связанные с оценкой радиационной опасностью на трансполярных авиатрассах на основе данных мониторинга космических лучей на станциях в Апатитах и Баренцбурге (арх. Шпицберген).
• Изучение динамики энергичных магнитосферных частиц на основе спектральных наблюдений авроральных эмиссий.

Научные связи

• В течение ряда лет сектор является участником Программы фундаментальных исследований Президиума РАН №6 “Нейтринная физика” подраздел ” Исследование модуляционных эффектов в космических лучах методом стратосферного и наземного мониторинга”. В рамках этой программы проводятся работы по договорам с ИЗМИРАН: “Исследование модуляционных эффектов в космических лучах методом наземного мониторинга” и ФИАН: “Исследование модуляционных эффектов в космических лучах методом стратосферного мониторинга”.
• Поддерживается научное сотрудничество с НИИЯФ МГУ, ИЯИ РАН. В рамках этого сотрудничества в Баксанской нейтринной обсерватории (БНО ИЯИ РАН) была установлена разработанная и изготовленная в ПГИ компьютеризованная система сбора данных нейтронного монитора и ведутся совместные исследования галактических и солнечных космических лучей. Основой сотрудничества является «Соглашение о сотрудничестве между Институтом ядерных исследований РАН и Полярным геофизическим институтом Кольского научного центра РАН», заключенное в 2008 г.
• Сектор космических лучей является участником проекта NMDB (Neutron Monitor Data Base) в рамках европейского проекта PFP-7.
• Совместно с сотрудниками ФИАН была выполнена работа по моделированию взаимодействия с атмосферой солнечных космических лучей.
• Сектор КЛ сотрудничает с Институтом геофизики Национального автономного университета в г. Мехико (Мексика) в совместных исследованиях по тематике, связанной с генерацией солнечных космических лучей.
• У сотрудников сектора имеются совместные публикации с Северо-Восточный университетом г. Потчефсрум (Ю.Африка), Медонской астрономической обсерваторией, г. Париж (Франция).
• Установлено сотрудничество с Институтом солнечно-земных воздействий Болгарской академии наук, г.София, по теме исследования взаимодействия космических лучей с атмосферой Земли на основе экспериментального и модельного изучения. Другой темой сотрудничества являются вопросы расчета радиационной опасности экипажей и пассажиров на авиатрассах, пролегающих в полярных широтах.
• По этой же тематике начаты совместные исследования с Институтом радиационной защиты Германского исследовательского центра экологии и здоровья ( Institute for Radiation Protection, German Research Center for Environmental Health), г. Мюнхен.

Ближайшие планы

В задачи ближайшего будущего входит создание на основе станций нейтронных мониторов станций комплексного радиационного мониторинга, в состав которых кроме нейтронных мониторов стандартного типа 18-НМ-64 будут включены детекторы низкоэнергичных нейтронов, гамма радиации и мюонов.

Основные публикации

Balabin Yu. V. Vashenyuk E. V., Mingalev O. V., Podgorny A. I., and Podgorny I. M. The Spectrum of Solar Cosmic Rays: Data of Observations and Numerical Simulation. Astronomy Reports, 2005, V.49, N.10, P.837–846.

iroshnichenko L.I., K.-L. Klein K.-L., Trottet G., Lantos P., Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B. Relativistic Nucleon and Electron Production in the 2003 October 28 Solar Event. J. Geophys. Res., 2005, V.110 A09S08, doi:10292004JA010936

Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Perez-Peraza J., Gallegos-Cruz A., Miroshnichenko L.I. Some features of relativistiñ particles at the Sun in the solar cycles 21-23. Adv. Space Res., 2006, V.38, Issue 3, P.411-417.

Perez-Peraza J., Gallegos-Cruz A., Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V. Relativistic proton production at the Sun in the October 28th, 2003 solar event. Adv. Space Res., 2006, V.38, Issue 3, P.418-424.

Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Stoker P. Responses to solar cosmic rays of neutron monitors of a various design. Adv. Space Res., 2007, V.40, Issue 3, P. 331-337.

Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Lyubchich A.A. Propagation of Solar Cosmic Rays in Loop-Like Interplanetary Magnetic Field Structures. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2007, V.71, N.7, P.930–932.

Vashenyuk E.V., Bazilevskaya G.A., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B., Makhmutov V.S., Stozhkov Yu.I, N.S. Svirzhevsky N.S., Svirzhevskaya A.K., Schur L.I. The GLE of December 13, 2006 according to the ground level and balloon observations. Proc. of 30th International Cosmic Ray Conference (Merida, Mexico, 3-11 July 2007), 2008, V.1, P.221-224. (ISBN: 978-970-32-5155-1).

Vashenyuk, E.V., Miroshnichenko L.I., Balabin, Yu.V., Perez-Peraza J., Gallegos-Cruz A. Two component features of the two largest GLEs: February 23, 1956 and January 20, 2005. Proc. of 30th International Cosmic Ray Conference (Merida, Mexico, 3-11 July 2007), 2008, V.1, P. ??. (ISBN: 978-970-32-5155-1).

Vashenyuk, E.V., Balabin, Yu.V., Miroshnichenko L.I., Perez-Peraza J., Gallegos-Cruz A. Relativistic solar cosmic ray events (1956-2006) from GLE modeling studies. Proc. of 30th International Cosmic Ray Conference (Merida, Mexico, 3-11 July 2007), 2008, V.1, P.249-252. (ISBN: 978-970-32-5155-1).

Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B., Vashenyuk E.V., Schur L.I. Observing Multiplicity Effect during December 13, 2006 event on the Barentsburg Neutron Monitor. Proc. of 30th International Cosmic Ray Conference (Merida, Mexico, 3-11 July 2007), 2008, V.1. P.257-260. (ISBN: 978-970-32-5155-1).

Kirillov A.S., Balabin, Yu.V., Vashenyuk, E.V., Fadel Kh., Miroshnichenko L.I. Effect of solar protons on the middle atmosphere composition during GLE 13 December, 2006. Proc. of 30th International Cosmic Ray Conference (Merida, Mexico, 3-11 July 2007), 2008, V.1, P.773-776. (ISBN: 978-970-32-5155-1).

Vahsenyuk E.V., Balabin Yu.V., Miroshnichenko L.I. Relativistic solar protons in the ground level event of 23 February 1956: New study. Adv. Space Res., 2008, V.41, P.926–935.

Perez-Peraza J. A., Vashenyuk E.V., Gallegos-Cruz A., Balabin Y.V., Miroshnichenko L.I. Relativistic proton production at the Sun in the 20 January 2005 solar event. Adv. Space Res., 2008, V.41, P.947–954.

Vahsenyuk E.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B., Schur L.I. Characteristics of Relativistic Solar Cosmic Rays during the Event of December 13, 2006.Geomagnetism and Aeronomy, 2008, V.48, N.2, P.149–153.

Perez-Peraza J., Vashenyuk E.V., Gallegos-Cruz A., Balabin Yu.V., Miroshnichenko L.I. Relativistic proton production at the Sun in the 20 January 2005 solar event. Adv. Space Res., 2008, V.41, P.947–954.

Perez-Peraza J., Vashenyuk E.V., Miroshnichenko L.I., Balabin Yu.V., and Gallegos-Cruz A. Impulsive, stochastic, and shock wave acceleration of relativistic protons in large solar events of 1989 September 29, 2000 July 14, 2003 October 28, and 2005 January 20. Astrophys. J., 2009, V.695, P.865-873.

Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B., Ghermanenko A.V. Relativistic SCRs in events of 19-th solar cycle. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2009, V.73. P.318-320.

Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B. Relativistic solar cosmic ray dynamics in large ground level events. Proc. 21-st Europian Cosmic Ray Symposium (Kosice, Slovakia, 9-12 September 2008), 2009, P.264-268. (ISBN 978-80-968060-5-8).

Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B. Relativistic solar particle dynamics during the December 13, 2006 GLE events. Proc. 21-st Europian Cosmic Ray Symposium (Kosice, Slovakia, 9-12 September 2008), 2009, P.332-334. (ISBN 978-80-968060-5-8).