Расчет скорости ионизации вещества атмосферы земли протонами галактических и солнечных космических лучей

Расчет скорости ионизации вещества атмосферы земли протонами галактических и солнечных космических лучей

Автор: Маурчев Е.А., Балабин Ю.В., Германенко А.В., Михалко Е.А., Гвоздевский Б.Б.

Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika

Статья в выпуске: 3 т.5, 2019 года.

Бесплатный доступ

В работе рассматривается прикладное использование модуля программного комплекса RUSCOSMICS [http://ruscosmics.ru], предназначенного для моделирования прохождения частиц первичных космических лучей (КЛ) через атмосферу Земли и сбора информации о характеристиках их вторичной компоненты. Представлены результаты, полученные для потоков протонов с энергетическими распределениями, соответствующими дифференциальным спектрам галактических КЛ (ГКЛ) и солнечных КЛ (СКЛ) во время событий наземного возрастания (ground level enhancement, GLE) интенсивности КЛ GLE65 и GLE67. В статье рассматриваются принцип реализации геометрии атмосферы Земли в модели, данные для ее параметризации, а также приводится описание генератора первичных частиц. Представлены типовые энергетические спектры электронов, полученные при расчетах с использованием спектра ГКЛ во время минимума солнечной активности и GLE65, позволяющие количественно оценить вклад протонов СКЛ в увеличение потоков вторичных КЛ. Приводятся также высотные зависимости скорости ионизации в случае ГКЛ и обоих GLE для двух значений жесткости геомагнитного обрезания. В заключение подводятся итоги и обсуждаются перспективы будущих исследований.

Еще

Космические лучи, астрофизика, метод монте-карло, физика частиц, численное моделирование

Короткий адрес: https://sciup.org/142222488

IDR: 142222488   |   DOI: 10.12737/szf-53201908

Список литературы Расчет скорости ионизации вещества атмосферы земли протонами галактических и солнечных космических лучей

  • ГОСТ 25645.122-85. Протоны галактических космических лучей. Энергетические спектры М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1985. С. 2.
  • Маурчев Е.А., Михалко Е.А., Германенко А.В., Балабин Ю.В. Экспериментальные методы для проведения валидации результатов моделирования взаимодействия космических лучей с атмосферой Земли // Труды Кольского научного центра РАН. 2018. Т. 9, № 5-4. С. 76-81. DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.5.76-81
  • Agostinelli S., Allison J., Amako K., Apostolakis J., et al. Geant4 - a simulation toolkit // Nuclear Instruments and Methods A. 2003. V. 506, iss. 3. P. 250-303. (03)01368-8. DOI: 10.1016/S0168-9002
  • Bazilevskaya G.A., Usoskin I.G., Flückiger E.O., Harrison R.G., et al. Cosmic ray induced ion production in the atmosphere // Space Sci. Rev. 2008. V. 137, iss. 1-4. P. 149-173. -y. DOI: 10.1007/s11214-008-9339
  • GEANT4 Physics Reference Manual. URL: http://geant4-userdoc.web.cern.ch/geant4-userdoc/UsersGuides/PhysicsReference Manual/fo/PhysicsReferenceManual.pdf (дата обращения 10 июня 2019).
  • Maurchev E.A., Balabin Yu.V. RUSCOSMIC - the new software toolbox for detailed analysis of cosmic rays interactions with matter // Solar-Terrestrial Physics. 2016. V. 2, no. 4. P. 3-10.
  • DOI: 10.12737/24269
  • Maurchev E.A., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B., Vashenyuk E.V. A new numerical model for investigating cosmic rays in the Earth's atmosphere // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2015. V. 79, N 5. P. 657-659.
  • DOI: 10.3103/S1062873815050305
  • 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, iss. 3. P. 418-424.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2005.01.082
  • Perez-Peraza J., Vashenyuk E.V., Gallegos-Cruz A., Balabin Yu.V., Miroshnichenko L.I. Relativistic proton at the Sun in the 20 January 2005 solar event // Adv. Space Res. 2008. V. 41, iss. 6. P. 947-954.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2007.04.054
  • Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, iss. A12, 1468.
  • DOI: 10.1029/2002JA009430
  • Stozhkov Yu.I., Svirzhevsky N.S., Bazilevskaya G.A., Kvashnin A.N., et al. Long-term (50 years) measurements of cosmic ray fluxes in the atmosphere // Adv. Space Res. 2009. V. 44, iss. 10. P. 1124-1137.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2008.10.038
  • Thébault E., Finlay C.C., Beggan C.D., Alken P., et al. International Geomagnetic Reference Field: the 12th generation // Earth, Planets and Space. 2015. V. 67, 79.
  • DOI: 10.1186/s40623-015-0228-9
  • Usoskin I.G., Desorgher L., Velinov P., Storini M., et al. Ionization of the earth's atmosphere by solar and galactic cosmic rays // Acta Geophysica. 2009. V. 57, N 1. P. 88-101.
  • DOI: 10.2478/s11600-008-0019-9
  • Vashenyuk 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.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2007.04.063
  • Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B. Features of relativistic solar proton spectra derived from ground level enhancement events (GLE) modeling // Astrophysics and Space Sciences Transactions. 2011. V. 7, iss. 4. P. 459-463.
  • DOI: 10.5194/astra-7-459-2011
  • Velinov P.I.Y., Balabin Yu.V., Maurchev E.A. Calculations of enhanced ionization in strato-troposphere during the greatest ground level enhancement on 23 February 1956 (GLE 05) // Compt. rend. Acad. bulg. Sci. 2017. V. 70, N 4. P. 545-554.
  • URL: http://ruscosmics.ru (дата обращения 10.06.2019).
  • URL: http://ruscosmics.ru/CR.htm (дата обращения 10.06.2019).
  • Agostinelli S., Allison J., Amako K., Apostolakis J., Araujo H., Arce P., et al. Geant4 - a simulation toolkit. Nuclear Instruments and Methods A. 2003, vol. 506, iss. 3, pp. 250-303. (03)01368-8.
  • DOI: 10.1016/S0168-9002
  • Bazilevskaya G.A., Usoskin I.G., Flückiger E.O., Harrison R.G., Desorgher L., Bütikofer R., Krainev M.B., Makhmutov V.S., Stozhkov Y.I., Svirzhevskaya A.K., Svirzhevsky N.S., Kovaltsov G.A. Cosmic ray induced ion production in the atmosphere. Space Sci. Rev. 2008, vol. 137, iss. 1-4, pp. 149-173. -y.
  • DOI: 10.1007/s11214-008-9339
  • GEANT4 Physics Reference Manual. URL: http://geant4-userdoc.web.cern.ch/geant4-userdoc/UsersGuides/PhysicsReference Manual/fo/PhysicsReferenceManual.pdf (accessed June 10, 2019).
  • GOST 25645.122-85. Protony galakticheskikh kosmicheskikh luchei. Energeticheskie spectry [State Standard 25645.122-85. Protons of Galactic Cosmic Rays. Energy Spectra]. Moscow, 1985, p. 2.
  • Maurchev E.A., Balabin Yu. V. RUSCOSMIC - the new software toolbox for detailed analysis of cosmic rays interactions with matter. Solar-Terrestrial Physics. 2016, vol. 2, no. 4, pp. 3-10.
  • DOI: 10.12737/24269
  • Maurchev E.A., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B., Vashenyuk E.V. A new numerical model for investigating cosmic rays in the Earth's atmosphere. Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2015, vol. 79, no. 5, pp. 657-659.
  • DOI: 10.3103/S1062873815050305
  • Maurchev E.A., Mikhalko E.A., Germanenko A.V., Balabin Yu.V. The experimental methods for validating the results of modeling the cosmic rays interaction with the Earth's atmosphere. Trudy Kol'skogo nauchnogo tsentra RAN [Proc. of Kola Science Center RAS]. 2018, vol. 9, no. 5-4, pp. 76-81. (In Russian).
  • DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.5.76-81
  • Perez-Peraza J., Gallegos-Cruz A., Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Miroshnichenko L.I. Relativistic proton production at the Sun in the October 28th, 2003 solar event. Adv. Space Res. 2006, vol. 38, iss. 3, pp. 418-424. 10.1016/j.asr. 2005.01.082.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2005.01.082
  • Perez-Peraza J., Vashenyuk E.V., Gallegos-Cruz A., Balabin Yu.V., Miroshnichenko L.I. Relativistic proton at the Sun in the 20 January 2005 solar event. Adv. Space Res. 2008, vol. 41, iss. 6, pp. 947-954.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2007.04.054
  • Picone J.M., Hedin A.E., Drob D.P., Aikin A.C. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: Statistical comparisons and scientific issues. J. Geophys. Res. 2002, vol. 107, iss. A12, 1468.
  • DOI: 10.1029/2002JA009430
  • Stozhkov Yu.I., Svirzhevsky N.S., Bazilevskaya G.A., Kvashnin A.N., Makhmutov V.S., Svirzhevskaya A.K. Long-term (50 years) measurements of cosmic ray fluxes in the atmosphere. Adv. Space Res. 2009, vol. 44, iss. 10, pp. 1124-1137.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2008.10.038
  • Thébault E., Finlay C.C., Beggan C.D., Alken P., Aubert J., Barroiset O., et al. International Geomagnetic Reference Field: the 12th generation. Earth, Planets and Space. 2015, vol. 67, 79.
  • DOI: 10.1186/s40623-015-0228-9
  • Usoskin I.G., Desorgher L., Velinov P., Storini M., Flückiger E.O., Bütikofer R., Kovaltsov G.A. Ionization of the earth's atmosphere by solar and galactic cosmic rays. Acta Geophysica. 2009, vol. 57, no. 1, pp. 88-101. 10.2478/s 11600-008-0019-9.
  • DOI: 10.2478/s11600-008-0019-9
  • Vashenyuk 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, vol. 41, pp. 926-935.
  • DOI: 10.1016/j.asr.2007.04.063
  • Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B. Features of relativistic solar proton spectra derived from ground level enhancement events (GLE) modeling. Astrophysics and Space Sciences Transactions. 2011, vol. 7, iss. 4, pp. 459-463.
  • DOI: 10.5194/astra-7-459-2011
  • Velinov P.I.Y., Balabin Yu.V., Maurchev E.A. Calculations of enhanced ionization in strato-troposphere during the greatest ground level enhancement on 23 February 1956 (GLE 05). Compt. rend. Acad. bulg. Sci. 2017, vol. 70, no. 4, pp. 545-554.
  • URL: http://ruscosmics.ru (accessed June 10, 2019).
  • URL: http://ruscosmics.ru/CR.htm (accessed June 10, 2019).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp