Результаты на установке Гроза

Тянь-Шанская высокогорная станция
ВЫСОТА НАД УРОВНЕМ МОРЯ –
3340 м.
ГЛУБИНА АТМОСФЕРЫ – 690 г/см2
РАСПОЛОЖЕНА В 43 км ОТ г. АЛМАТЫ

Установка Гроза
Грозовые облака проходят на высоте станции, так что детекторы измерительных установок оказываются непосредственно внутри грозового облака.
Пункты регистрации излучений размещены на различных высотах (в пределах 3,4 – 4 км над уровнем моря). Это позволило получить профили распределения излучений внутри облаков не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскостях.

Пробой на убегающих электронах
Пробой на убегающих электронах связан с генерацией вторичных электронов ионизации, которые непрерывно ускоряются полем и по смыслу называются убегающими. Хотя основная масса вторичных электронов имеет малые энергии, могут рождаться и электроны с достаточно большой энергией, превышающей критическое значение . Такие электроны становятся убегающими, ускоряются полем и, в свою очередь, при ионизации среды генерируют частицы с энергией выше критической. В результате появляется экспоненциально нарастающая лавина убегающих электронов с энергиями .
Быстрые затравочные электроны эффективно генерируются космическими лучами. Поэтому в грозовых облаках при достижении электрическим полем критического значения пробой на убегающих электронах вполне возможен.

Задачи экспериментального исследования пробоя на убегающих электронах
Что необходимо измерять в грозовой атмосфере?
Быстрые электроны (E > 20 – 30 кэВ)
Гамма- излучение
Радиоизлучение
Корреляции импульсов гамма и радиоизлучения с прохождением ШАЛ
Корреляции гамма и радиоизлучения с потоком космических лучей и грозовым электрическим полем

ДЕТЕКТОРНЫЙ КОМПЛЕКС <<ГРОЗА>>
Радио- регистрирующий комплекс
Система сцинтилляционных детекторов гамма-излучения
Многослойные спектрометры полного поглощения
Установка для регистрации широких атмосферных ливней

ДЕТЕКТОРНЫЙ КОМПЛЕКС <<ГРОЗА>>

Радио- регистрирующий комплекс
Диапазон частот : 0,1 – 30 МГц,
Усиление: 5 – 40 дВ,
АЦП: 14 бит,
Максимальная скорость оцифровки – 60 МГц

Радиоизлучение молнии

Результаты исследования радиоизлучения молнии

Радио- регистрирующий комплекс
Измерение электрического и СВЧ- поля во время гроз
″ Медленное ″ E-поле ″ Быстрое ″ E-поле
Диапазон 50 кВ/м ± 600 В/м
Чувствительность 20 В/м 0,5 В/м
Временное
разрешение 0,1 с 50 мс/50 мкс

Скачки электрического поля во время грозы

Система сцинтилляционных детекторов гамма-излучения
16 NaI детекторов
диаметр кристалла 50-150 мм
толщина кристалла 35-100 мм
диапазон энергий гамма-квантов 15 кэВ – 2 МэВ
пороги регистрации 30, 60 и 240 кэВ
измерения с временным разрешением 200 мкс, 1 с, 10 с.

Установка для регистрации широких атмосферных ливней

Комплексное изучение грозового разряда
Одновременная регистрация гамма- излучения, радиоизлучения, ШАЛ.
Все системы работают с высоким временным разрешением.
Общая длительность регистрации события составляет 0,8 сек
с разрешением 200 мкс.

Длительные всплески гамма- излучения. Корреляции с радиоизлучением
Событие для триггера ШАЛ, в котором наблюдалось как радио- так и гамма-излучение, хорошо коррелирующие между собой.

Длительные всплески гамма-излучения
Такими вспышками сопровождаются не менее 80% событий, зарегистрированных во время грозы с триггером от скачка поля или электромагнитным триггером.
Следовательно, имеет место ярко выраженная корреляция электрического разряда в грозовой атмосфере с всплесками гамма-излучения.
Это подтверждается наблюдением хорошей временной корреляции гамма- и радиоизлучения.

Межоблачный разряд
(ПУЭ – ШАЛ)

Межоблачный разряд
(ПУЭ – ШАЛ)
Наблюдались очень сильные импульсы гамма излучения, которые виды одновременно с триггером ШАЛ во всех наблюдательных пунктах.
Наблюдались очень сильные импульсы радиоизлучения, точно совпадающие с моментом триггера ШАЛ. Это означает, что прохождение ШАЛ через грозовое облако сопровождалось сильным электрическим разрядом.
Рассмотренные события свидетельствуют о прямом наблюдении ПУЭ-ШАЛ разряда. Это явление впервые зарегистрировано в эксперименте.

Влияние космических лучей и пробоя на убегающих электронах на грозовые разряды
Развитие активной фазы грозового разряда – предварительный пробой, инициация лидера, движение лидера вплоть до момента возвратного удара – полностью диктуется процессом собирания электрического заряда с облаков. В нашем исследовании обнаружено, что этот процесс сопровождается мощными коррелированными потоками гамма и радиоизлучения, создаваемыми пробоем на убегающих электронах.
Это позволяет утверждать, что именно пробой на убегающих электронах, инициируемый космическими лучами, является основным движущим механизмом грозового разряда.