Проект «Тайга», в котором принимают активное участие ученые нашей Лаборатории, предназначен для исследования высокоэнергетической части спектра гамма-излучения Вселенной. Основная цель проекта – поиск ответа на вопрос о происхождении космических лучей в диапазоне от 1014 до 1018 эВ. Эксперимент расположен вблизи южной оконечности озера Байкал на астрофизическом полигоне в Тункинской долине (Республика Бурятия) и состоит из нескольких установок, которые измеряют параметры широких атмосферных ливней, образующихся при взаимодействии космических лучей и высокоэнергетических гамма-лучей с атмосферой.

2022 03 06 16.26.53Александр Блинов, старший лаборант ЛЯП ОИЯИ, магистрант университета "Дубна" | Фото Артура БородинаВ результате этих измерений можно восстановить направление прихода космических лучей, определить их тип и энергию. Точность измерений повышается за счет комбинации различных систем регистрации. Одновременно проводятся исследования с помощью прототипа нового гамма-телескопа (IACT) для увеличения чувствительности обсерватории благодаря использованию новых оптических сенсоров и более обширных эффективных площадей установки: вплоть до 10-кратного увеличения.  

 

IMG 20220303 135037Фото Артура Бородина

 

IMG 20220303 135813Александр Блинов | Фото Артура Бородина

 


Изучение широких атмосферных ливней на астрофизическом полигоне в Тункинской долине началось в середине 90-х годов. Первая установка состояла из четырех детекторов атмосферного черенковского света. В 1999 году в ней было уже  тринадцать детекторов, а в 2003 – двадцать пять. В 2009 году была запущена новая установка — Tunka-133, состоящая из 133 детекторов, расположенных на площади около 1 км2. В 2011 году эта установка была расширена на шесть кластеров, по семь детекторов в каждом. Начиная с 2012 года были установлены и другие системы детекторов: Tunka-Rex и Tunka-HiSCORE. Использование детектора Tunka-HiSCORE благодаря превосходной точности синхронизации повысило угловое разрешение для регистрации направления прихода широких атмосферных ливней. В 2014 году закончена постройка сцинтилляционной установки Tunka-GRANDE, а в 2015 начались работы над черенковским гамма-телескопом TAIGA-IACT. Уже сейчас многоэлементный матричный фотоприемник из нескольких сотен фотоумножителей с помощью анализа изображения широкого атмосферного ливня позволяет определять природу первичных частиц: события ли это от гамма-квантов или адрон-ядерные события. Совместная работа двух детекторов — Tunka-HiSCORE и TAIGA-IACT — дает синергетический эффект в поиске ответа на вопрос о происхождении космических лучей в диапазоне от 1014 до 1018 эВ. 

Большое различие в полях зрения этих двух детекторов приводит к большой разнице в накапливаемой статистике регистрируемых событий. Для компенсации этого недостатка было принято решение изготовить черенковский телескоп с широким полем зрения.

Первым шагом стало изготовление объектива в виде одиночной пластиковой линзы диаметром 820 мм. С этим объективом будет опробован прототип детектора с приемными элементами на основе кремниевых фотоумножителей. За счет увеличенного динамического диапазона данных детекторов появится возможность существенно увеличить полезное время работы черенковских телескопов. Новая схема регистрации событий позволит зафиксировать не только точное время события, но и его временную развертку.

После изготовления и полевых испытаний черенковского телескопа с линзовым объективом и детектором с кремниевыми фотоумножителями будет сделан второй шаг, на котором предполагается использовать в телескопе оптическую систему по схеме камеры Шмидта, которая обладает непревзойденными характеристиками по величине поля зрения с равномерным распределением качества изображения.

В Университете «Дубна» реализуется часть проекта, для которой требуются навыки специалистов цифрового производства и использование станков с программным управлением. На сегодняшний день завершен этап научно-исследовательской работы по разработке технологии фрезерования оптических поверхностей большого диаметра и подготовлены заготовки, которые прошли дальнейшие стадии производства объектива в ЛЯП ОИЯИ. 

Нужно отметить, что большой диаметр линзы — 820 мм — представляет собой сложность при изготовлении: в России есть лишь несколько предприятий с необходимым оборудованием для изготовления таких оптических деталей. 

В ближайший год предполагается изготовление оптической системы с элементами диаметром около 600 мм. А после успешных испытаний диаметр планируется расширить до 1500 мм. 

Артур Бородин,

старший научный сотрудник НЭОФЭЧ