用羊八井太阳宇宙线探测装置对太阳耀斑中子的初步探测

羊八井的地理优势特别适合于对太阳耀斑中子的观测.中日双方合作在羊八井建造了太阳中子望远镜和中子监测器,准备在第23太阳活动周的峰年到来之际,对太阳耀斑中子进行观测.设备于1998年10月开始采集数据,并在1998年11月28日观察到伴随一次X3.3级耀斑的计数超出.本文报道初步的探测结果.     

基于小波变换的1—10TeV宇宙线周期变化研究

利用小波变换, 结合折叠周期分析方法, 对羊八井宇宙线观测站Tibet AS γ阵列1998年4—6月的实验记录数据进行了周期分析, 发现 TeV和10 TeV宇宙线流强观测数据中包含0.5 和1 d周期变化, 其信噪比分别达到10和6. TeV宇宙线0.5 和1 d周期变化的最大变化幅度分别约为0.3%和0.5%, 10 TeV宇宙线约为0.4%和0.7%. We use the technique of wavelet analysis and epoch folding methods to search for the superimposed periodic signals of 1—10 TeV cosmic ray in the data obtained with Tibet Ⅱ/HD AS Array for April to June of 1998. Solar time semi diurnal and diurnal variations have been detected with about signal noise ratio 10 and 6 for the 1 TeV and 10 TeV cosmic ray flux respectively. The semi diurnal variations are of an amplitude 0.3%, a phase 0.9 for 1 TeV cosmic ray and 0.4%, 0.9 for 10 TeV. The diurnal variations are of amplitude 0.5%, 0.7%, and phase 0.8 for 1 TeV and 10 TeV cosmic ray respectively.     

宇宙线福布什下降期间羊八井云量的变化

进入地球大气中的宇宙线强度发生变化,可能导致气候,比如云量的变化. 利用羊八井中子监测器在2003—2004年观测到3次宇宙线福布什下降,在这期间同时记录了观测站点上空的云量变化. 通过对宇宙线福布什下降期间羊八井上空云量的统计分析发现,宇宙线福布什下降期间云量增加,即云量对宇宙线福布什下降表现出明显的负响应. 这表明,宇宙线福布什下降期间,低纬度薄云层地区云量增加,与其他观测结果相一致.     

雷暴电场对宇宙射线次级粒子μ 子的影响研究

西藏羊八井宇宙射线观测站的中子监测器主要探测宇宙射线次级粒子中能量在500 MeV—20 GeV的核子成分和少量的负μ子成分. 本文分析了2008—2010年观测站附近发生的62次雷暴期间中子监测器和大气平均电场仪的同步观测资料, 发现27次雷暴期间中子监测器计数率发生明显变化, 显著性S>5σ, 其中13次变化显著, 显著性S>10σ . 显著性S>10σ的13次个例信号变化百分比与地面电场场强幅值之间存在大体一致的变化趋势, 而显著性在5σ <S<10σ之间的14次个例信号变化百分比与地面电场场强幅值之间不存在相似的变化趋势. 较强雷暴当顶时中子监测器计数率变化一般不明显, 而中子监测器计数率变化明显的个例则多发生于雷暴云不当顶, 但探测器仍处于雷暴云下部正电荷层的控制范围之内时, 或者当顶雷暴处于形成或消散阶段. Dorman等把雷暴期间中子监测器计数率的变化归因于雷暴云内电场对宇宙射线次级粒子μ子的作用, 并建立了雷暴期间中子监测器计数率变化与雷暴地面电场相关联的理论. 本文分析发现雷暴期间羊八井中子监测器计数率变化与地面电场场强之间相关性较小或者没有相关性, 不支持Dorman的理论.     

10TeV宇宙线时间变化研究

利用羊八井ASγ二期阵列实验数据,分析研究了10TeV宇宙线时间变化,以10.4σ和9.6σ的显著性发现了10TeV宇宙线流强气象效应修正后的半太阳日和太阳日周期变化,没有发现有恒星日变化.同时发现10TeV宇宙线流强有7天左右周期变化的迹象.     

涂硼GEM中子束流监测器物理过程的蒙特卡罗模拟

基于硼转换的GEM(Gas Electron Multiplier)探测器性能突出,计数率高达10 MHz以上,耐辐射,信号读出方式简单、灵活,位置与时间分辨率高,是下一代中子束流监测器极具优势的候选者。这种新型中子束流监测器主要由硼中子转换层、气体电离粒子放大的GEM以及二维读出电极组成。通过Geant4程序包对探测器物理过程进行蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟,主要研究了硼中子转换层转换效率与厚度及中子波长的关系、出射粒子的能谱、不同气体比分不同气体厚度中的能量沉积、以及γ的能量沉积,计算比较了不同厚度GEM膜对快中子产生的影响。模拟结果表明,出射粒子在漂移区的能量沉积几乎与气体比分无关,硼层厚度取0.1μm以下,漂移区厚度6 mm时,可以确保出射粒子在漂移区能量完全沉积,同时具有最佳n/γ区分能力。     

羊八井太阳中子望远镜和中子监测器对2005年1月20日GLE事件的探测

西藏羊八井位于东经90.53°, 北纬30.11°, 海拔4310m, 垂直地磁截止刚度14.1GV. 2005年1月20日羊八井太阳中子望远镜和中子监测器探测到与X7.1/2b太阳耀斑相关的GLE事件, 其中太阳中子望远镜能量>40MeV的能道在5min(07:00—07:05UT)和20min(07:00—07:20UT)的时间间隔内计数率增长的统计显著性分别是3.7σ和6.0σ, 同时羊八井中子监测器也探测到计数率的增长,初始时间为06:51—06:52UT. 观测表明在这次GLE事件中太阳质子可被加速到能量大于10GeV.     

近地雷暴电场与羊八井地面宇宙线关联的模拟研究

雷暴期间地面宇宙线强度变化的研究对理解大气电场加速宇宙线次级带电粒子的物理机理具有重要意义. 分析西藏羊八井ARGO实验中2012年大气电场的数据后发现, 近地雷暴电场的强度可达1000 V/cm甚至更高. 用Monte Carlo方法模拟研究了近地雷暴电场与羊八井地面宇宙线强度的关联. 当雷暴电场强度(取1500 V/cm)大于逃逸电场时, 宇宙线次级粒子中正、负电子的数目呈指数增长, 在大气深度约520 g/cm²处达到极大值, 与Gurevich等提出的相对论电子逃逸雪崩机理和Dwyer理论相符. 当雷暴电场强度小于逃逸电场时, 在所有负电场范围和大于600 V/cm的正电场范围, 总电子数目随电场强度的增大而增加; 当正电场小于400 V/cm时, 总电子数目均出现一定幅度的下降; 在电场为400–600 V/cm范围内, 总电子数目的变化与原初粒子的能量有关, 原初能量小于80 GeV时, 其次级粒子中总电子数目增加, 原初能量在80–120 GeV 范围内时, 总电子数目变化不明显, 原初能量大于120 GeV时, 总电子数目出现下降, 下降幅度约4%. 模拟结果可对羊八井ARGO实验的观测结果给予合理的解释.     

宇宙线对地球气候的影响

对宇宙线影响地球气候的一些观测结果和物理机制的研究进行了总结和概述,主要讨论了宇宙线对大气中化学反应、云形成过程等的影响,并给出了羊八井宇宙线观测站对宇宙线流强和大气参量日变化的初步观测结果．     

北半球最高的宇宙线观测站——羊八井站

 由中科院高能所、西藏大学、西南交大、云南大学和日本国东京大学宇宙线所、宇都宫大学、甲南大学、神奈川大学、琦玉大学、横滨国大、弘前大学、湘南工学院合作建造的中日合作羊八井宇宙线观测站于1990年建成。并正式开始运行。     

Solar Anisotropy of Muon Component of Cosmic Rays

Cosmic-ray underground observations are used together with the difference coupling coefficients to determine, by spectrographic method, features of the differential energy spectrum of solar anisotropy of cosmic rays. The differential energy spectrum is found to have a constant form up to an upper effective rigidity boundary which changes with solar activity.     

Diurnal and Eleven- Year Variations of Neutron Component of Cosmic Rays

Cosmic ray ground observations are used together with the method of coupling coefficients to determine, by spectrographic method, the features of the variational primary energy spectrum of diurnal and eleven-year variations of neutron component of cosmic rays. It is found that the variational energy spectrum responsible for both types of variations can be best described by a constant spectrum up to an upper effective rigidity boundary. The upper cut-off effective rigidity boundary for the variational energy spectrum of diurnal variation was found to change from 105 GV at maximum solar activity to 15.85 GV at minimum solar activity. For Eleven-year variation, R_max was found to have a value of about 20 GV which changes slighly with solar activity due to the change of the coupling coefficients with solar activity.     

Observation of the 2005 January 20 GLE Event Using Yangbajing Solar Neutron Telescope & Neutron Monitor

A solar cosmic rays Ground Level Enhancement(GLE) event associated with a X7.1/2b solar flare in 2005 January 20 was observed by the Yangbajing solar neutron telescope(SNT) and neutron monitor(NM), located at Yangbajing Tibet(90.53°E, 30.11°N, 4310m a.s.l) with the highest vertical geomagnetic cut-off rigidity of 14.1GV in NM network. The statistical significance of the counting rate enhancement recorded by solar neutron telescope in >40MeV channel was 3.7σ in the time window of 07:00—07:05UT and 6.0σ in the time window of 07:00—07:20UT, respectively. The onset time of 06:51—06:52UT for this GLE event was clearly observed by the Yangbajing NM. Our observation indicates that solar protons have been accelerated up to energies of >10GeV during this solar event.     

Quasiperiodic Variations of Solar Activity and Cosmic Rays

Quasiperiodic variations of various manifestations of solar activity, parameters of the interplanetary medium, and the flux of galactic cosmic rays (GCRs) are studied using the data of stratospheric sounding and measurements with neutron monitors. Groups of spectral components with periods of ~2, 1.3, and ~1 year are identified in the range of periods shorter than 5 years. Particular attention is paid to quasi-2-year GCR variations that are induced by similar variations of the mean magnetic field of the Sun and are integral to the processes of solar activity.     

羊八井宇宙线实验的现状和未来

概述了羊八井地理位置的物理优势和一期实验的显示性及其在日益激烈的国际竞争中面临的挑战和选择,提出了一个以RPC“地毯”、契仑可夫成像望远镜群和多成分复合阵列为手段,以亚甚高能天文、宇宙反质子流测量、太阳活动短期变化的监测研究及膝区物理的突破性攻关为目标的羊八井将来计划.     

Calibration of the DANSS Detector with Cosmic Rays

The DANSS detector is a scintillation detector surrounded by passive and active shield. The energy calibration procedure of individual scintillation strips of the detector using cosmic muons is described.