ФГБУН ФИЦ «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Институт космофизических исследований и аэрономии им. Ю.Г. Шафера
Сибирского отделения Российской академии наук
ИКФИА СО РАН

Вариации космических лучей (Г.В. Скрипин, В.Г. Григорьев)

Исследования вариаций космических лучей, начатые в 1949 г. с помощью первого прибора — ионизационной камеры С-2, имеют многолетнюю историю и прошли через несколько этапов своего развития.

Ионизационная камеры С-2 была изготовлена в НИФИ-2 (НИИЯФ) МГУ и в 1949 г. установлена в Якутске на станции №1 в маленьком двухэтажном домике по улице Красной молодежи. Коллектив станции в то время состоял из 11 человек: Ю.Г. Шафер, А.И. Кузьмин, Д.Д. Красильников, Н. Беляев, Л. Колотий, А. Лобанова, Г.А. Акишева, Ф. Неженцев, завхоз Ю.К . Большаков, кочегар А.И. Заборовкий, уборщица У.И. Вараксина. В 1951 г. поступили на работу А.В. Ярыгин, Г.В. Скрипин и В.Д. Соколов. Работали дружно и слаженно. Дежурство круглосуточное, зимой приходилось дежурить и кочегарить всем, независимо от должности. Все научные результаты были засекречены, рабочие тетради опечатаны сургутной печатью, выносить их из помещения не разрешалось.

В 1952 г. из Москвы пришла секретная телеграмма: «Из камеры С-2 высыпать дробь, вести регистрацию без экрана вплоть до нового распоряжения». Впоследствии выснилось, что такой режим установлен для обнаружения взрывов атомных бомб в Китае. Впервые в 1956 г. в журнале ДАН СССР напечатана статья о вспышке космических лучей 23 февраля 1956 г.

В июне 1953 г. станция перебазировалась в здание бывшей Богородской церкви. Под самым куполом была размещена новая большая (950 л) ионизационная камера АСК-1, которая бесперебойно работает и поныне. В 1957 г. подобная камера меньших размеров (50 л) была установлена в Тикси Н.П. Чирковым, В.С. Мержевичем, М. Тимофеевым. Она исправно работала до 1974 г.

В 1975 г. в Тикси была доставлена и установлена новая камера АСК-1, прежде работавшая в г. Москве и восстановленная после ее выхода из строя Г.В. Шафер и В.Д. Корякиным. Этот прибор эксплуатировался в Тикси в течение 17 лет. В 1966 г. был приобретен в Канаде и установлен в Тикси первый в СССР нейтронный супермонитор.

На материалах непрерывных изменений вторичных космических лучей с помощью ионизационных камер на первых порах исследовалась роль метеорологических факторов. Д.Д.Красильников изучал роль атмосферных фронтов, Г.В. Скрипин — роль лунных приливов, В.Д. Соколов — 27-дневных вариаций, Г.В. Шафер — роль магнитных бурь, А.И. Кузьмин — эффекты перераспределения массы атмосферы по высоте, Ю.Г. Шафер — роль сезонных наземных изменений температуры и давления. Основной целью являлось исключение мешающих факторов из наблюдаемых вариаций космических лучей и получить сведения о процессах в околосолнечном и галактическом пространстве.

В середине 50-х гг. произошло разделение направлений исследований. Ю.Г. Шафер, В.Д. Соколов, В.А. Беломестных образовали группу стратосферных исследований для изучения малоэнергичной части спектра (от 1 МэВ до 1 ГэВ) приборами, устанавливаемыми на зондах. Впоследствии аналогичные приборы устанавливались также на ракетах и спутниках. Д.Д. Красильников, М.Н. Нифонтов, Н.Н. Ефимов, Ф.К. Шамсутдинова, А.И. Ковальская образовали группу широких атмосферных ливней (ШАЛ), было начато изучение сверхжестких первичных частиц (выше 1013 эВ). Группа «подземников» (А.И. Кузьмин, Г.В. Скрипин, Я.В. Ярыгин) для исследования частиц в области энергий от нескольких до 300 ГэВ организовала наблюдения приборами (мюонные телескопы), расположенными глубоко под землей.

«Подземники» задачу влияния атмосферных эффектов решили оригинально: по разности показаний северных и южных телескопов. Телескопы составлены из счетчиков заряженных частиц и регистрируют приход космических частиц с различных азимутальных и зенитных направлений под различными углами. Они были размещены на различных уровнях под землей, чтобы разделить мюоны по энергиям. Такие установки расположены на разных уровнях под землей в шахте рядом с Богородской церковью. Во всех этих работах ярко проявился конструкторский талант инженера-электронщика А.В. Ярыгина. К 1958 г. комплекс подземных телескопов был полностью запущен в эксплуатацию. До 1970 г. Якутский спектрометр космических лучей был единственным в мировой практике. Впоследстии появились подобные устройства в Японии, Австралии, США, Англии и Грузии.

Радиосхемы установки неоднократно моденизировались с целью повышения стабильности и точности регистрации. Увеличивалась эффективная площадь за счет замены счетчиков заряженных частиц, обновлялась электроника, были существенно расширены штреки шахты. Однако геометрия телескопов сохранялась. В этих работах активно участвовали инженеры В.П. Вальков, А.Н. Приходько, С.Н. Дружинин, Н.И. Емельянов, А.А. Упольников, А.М. Стародубцев.

В 1957 г. Г.В. Шафер и И.Капустин в том же лабораторном помещении установили нейтронный монитор. В 1971 г. он был заменен одной секцией из 6 светосильных счетчиков нейтронов СНМ-15.

Две таких же секции задействованы в 1974 г. в центре Якутской комплексной установки ШАЛ, которые выполняли роль детектора ядерно-активной, мюонной и электронно-фотонной компонент в составе ШАЛ. Кроме того, этот прибор регистрировал вариации интенсивности космических лучей со всех основных азимутальных направлений (север, юг, восток, запад) под различными зенитными углами. В 1987 г. обе секции перенесены в Якутск и работают по настоящее время. Руководил работами Г.В. Скрипин, возглавлявший тогда лабораторию вариаций космических лучей. Конструкцию этого сложного прибора с автоматическим регистратором осуществил инженер А.А.Упольников при активном участии сотрудников В.М. Мигунова, А.Н. Приходько, В.И. Козлова, П.А. Герасимова, А.М. Стародубцева, В.Р. Слепцовой, Н.Г. Кравцова, В.Н. Сергеева.

Летом 1961 и 1962 гг. Г.В. Шафер с сотрудниками С.Н. Дружининым, А.К. Мишариным, М. Тимофеевым и А.М. Стародубцевым с помощью нейтронного монитора и счетчикового телескопа, установленных на теплоходе «Механик Кулибин», провели экспедиционные исследования по выявлению широтного эффекта. Маршрут по Лене от Осетрово до Тикси.  

К 1962 г. лаборатория состояла из 3 групп. Эксплуатационная состояла из инженеров — С.Н. Дружинина, А.Н. Приходько, В.П. Валькова, И. Капустина, А.А. Упольникова, А.М. Стародубцева, техников-наблюдателей — Н.И. Емельянова, О. Яковлева, Г.И. Быстрова, Ф. Неженцева, Д. Попова, М. Белолюбского, С. Куклина, Ю.Е. Кушавина, Ф.П. Мурашова, И.Ф. Ходарева, Г. Фаткулова, В.П. Разина, А.К. Мишарина. Это их трудом комплекс непррывно давал информацию за каждый час, а затем и за каждый 15-минутный интервал. Они рутинную регистрацию показаний механических счетчиков и ручную обработку фотоленты перевели в автоматический режим с помощью современных компьютеров. Все работы выполнялись в тесном контакте с конструкторским бюро института. Особо следует отметить заслуги С.Н. Дружинина и А.Н. Приходько, в разное время возглавлявших эту группу. Они в любую минуту дня и ночи появлялись на месте по тревожному сигналу и устраняли неисправности. Их усилиями устранялись неполадки, связанные с перерывами и скачками напряжения в электросети, и в конечном счете достигнут сравнительно высокий процент непрерывности наблюдений.

Группа обработчиков, руководимая вначале В.А. Филипповым, а затем И.П. Кармадоновым и Н.Г. Кравцовым, обрабатывала материалы наблюдений, редактировала и готовила к печати. В разнное время в группу входили Г.А. Акишева, Е.М. Орлова, Л. Болтрушко, М.С. Валь, Н.М. Беломестнова, М.Е. Самусикова, С.В. Холтосунова, Е.Н. Эверстов, В.Г. Фалафеев. Составлены месячные таблицы часовых значений интенсивности по 30 каналам регистрации. Некоторые из них опубликованы, остальные хранятся в архиве института. Группа выполняла определенные расчеты по заданию научных сотрудников.

Группу научных исследований возглавил Г.Ф. Крымский. В нее вошли П.А. Кривошапкин, Н.П. Чирков, А.М. Алтухов, И.А. Транский, Г.В. Скрипин, Г.В. Шафер, В.П. Мамрукова. Первое время занимались методическими разработками. Снималось маскирующее влияние атмосферы, магнитосферы, учитывалась геометрия телескопов.В 1967 г. Г.Ф. Крымский, И.А. Транский, А.М. Алтухов перешли в теоретический отдел.

После ухода в 1973 г. А.И. Кузьмина на должность ректора ЯГУ лабораторией последовательно заведовали: Г.В. Скрипин, снова А.И. Кузьмин, И.А. Транский, В.Г. Григорьев, а с 1995 г. ею руководит П.А. Кривошапкин.

В 1968 г. в зоне Сибири и Дальнего Востока действовала уже достаточно широкая сеть станций космических лучей, оснащенных нейтронными мониторами. Исходя из имевшейся в тот период необходимости научно-методического руководства над этими станциями, согласно постановлению Научного совета по проблеме «Космические лучи» при АН СССР от 11.10.68, в ИКФИА был организован в ноябре 1968 г. отдел сети станций Сибири и Дальнего Востока. Руководителем вновь созданного подразделения был назначен к.ф.-м.н. Н.П. Чирков, имевший опыт организации наблюдений космических лучей на ст. Тикси в 1957-1959 гг. с помошью ионизацинной камеры АСК-2.

Перед отделом сети на начальном этапе были поставлены следующие задачи: участие в запуске новых станций, научно-методическая и техническая помощь существующих, сбор, проверка и пересдача в МЦД Б2 данных наблюдений. Обязанности по оказанию инженерно- технической помощи были возложены на достаточно опытного и грамотного инженера А.М. Стародубцева, при необходимости выезжавшего в командировки. В сборе и передаче данных нейтронных мониторов сети станций участвовала лаборант Э.И. Говорова. Первичная обработка данных станции Тикси проводилась программистом В.П. Чупровой. Обработкой данных также занималась старший лаборант Н.И. Веришина.

В приведенной таблице указан полный список станций космических лучей Сибири и Дальнего Востока, который сформировался к 1971 г. Указаны имеющаяся аппаратура, пороговая жесткость и название института, которому подчиняется станция.

Станция

Аппаратура

R, ГэВ/с

Институт

б.Тикси

NM, I

0,49

ИКФИА

Мыс Шмидта

NM

0,56

СВКНИИ

Норильск

NM

0,6

СибИЗМИР

Якутск

NM, T, I

1,65

ИКФИА

Магадан

NM

2,08

СВКНИИ

Новосибирск

NM

2,8

ИГиГ

Иркутск

NM

3,61

СибИЗМИР

Хабаровск

NM

5,37

ИГиГ

NM – нейтронный монитор; Т — мезонный телескоп; I — ионизационная камера.

Наряду с решением вышеуказанных задач, в отделе сети под руководством Н.П. Чиркова начала расширяться и развиваться тематика проводимых научных исследований. После участия в 1969 г. в XIV Антарктической экспедиции в отделе сети начал работать И.С. Самсонов. До этой экспедиции он работал заведующим Полярной геофизической станцией в Тикси. Вместе с лаборанткой З.Н. Самсоновой он подключился к проводимым в ИКФИА работам, связанным с разработкой методики глобальной съемки, её реализацией на ЭВМ и анализом результатов. Ими на основе использования данных мировой сети нейтронных мониторов были просчитаны трехмерные токи космических лучей за период 1968-1969 гг. и начато исследование причин возникновения его составляющий в возмущенные и спокойные периоды межпланетной среды.

В 1972 г. после запуска в 1970 г. нейтронного монитора на ст. Хабаровск и последующей его эксплуатации в отдел сети на должность младшего научного сотрудника поступил А.Т. Филиппов, который активно занялся исследованием вспышек космических лучей по данным мировой сети станций космических лучей.

В этом же году с приходом в отдел сети В.И. Козлова начался новый этап в исследовании флуктуаций космических лучей. Разрабатываются новые алгоритмы выделения короткопериодичных вариаций и совместно со ст. лаборантом В.Ю. Рыбниковой начинается их расчет на ЭВМ.

После года работы на ст. Тикси с 1973 г. к научным исследованиям, связанным с методом глобальной съемки, еще в качестве аспиранта, начал привлекаться В.Г. Григорьев. Он совместно с З.Н. Самсоновой, а затем с В.П. Чупровой продожил обработку данных мировой сети за период 1970-1984 гг.

Таким образом, к началу 80-х годов был сформирован основной научно-технический потенциал отдела сети, который в дальнейшем внес определнный вклад в развитие научных исследований в ИКФИА.

Результаты научно-методической деятельности за начальный период работы отдела сети были отражены в полных научных отчетах: «Организация непрерывных измерений космических лучей сетью станций Сибири и Дальнего Востока» и «Геометрия межпланетного магнитоного поля и структура солнечного ветра» (т.2), представленных в 1975 г. Итоги исследования случаев малых и аномально больших токов космических лучей, а также вклада тока Холла в северо-южную анизотропию обощены в диссертационной работе И.С. Самсонова.

При сравнении экспериментальных результатов по вспышкам солнечных частиц релятивистких энергий с теоретическими моделями был обнаружен класс событий, не укладывающийся в рамки существовавших представлений о природе таких явлений.