Апатиты, Россия
Апатиты, Россия
Апатиты, Россия
Апатиты, Мурманская область, Россия
Апатиты, Россия
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.
космические лучи, астрофизика, метод Монте-Карло, GEANT4, физика частиц, численное моделирование
1. ГОСТ 25645.122-85. Протоны галактических космических лучей. Энергетические спектры М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1985. С. 2.
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.
3. 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. DOI: 10.1016/S0168-9002(03)01368-8.
4. 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. DOI: 10.1007/s11214-008-9339-y.
5. GEANT4 Physics Reference Manual. URL: http://geant4-userdoc.web.cern.ch/geant4-userdoc/UsersGuides/PhysicsReference Manual/fo/PhysicsReferenceManual.pdf (дата обращения 10 июня 2019).
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. URL: http://ruscosmics.ru (дата обращения 10.06.2019).
18. URL: http://ruscosmics.ru/CR.htm (дата обращения 10.06.2019).
