TRACER (детектор космічних променів)

TRACER (Transition Radiation Array for Cosmic Energy Radiation, англ. масив перехідного випромінювання для випромінювання космічної енергії) — детектор космічного випромінювання, створений Чиказьким університетом, який у 1999—2006 роках тричі запускався на повітряній кулі у верхні шари атмосфери для вимірювання енергетичних спектрів ядер космічних променів з атомними номерами від 5 до 26 шести (від бору до заліза). Польоти здійснювались на висотах близько 35-40 км, що відповідає середній залишковій глибині атмосфери близько 4 г см⁻².

Технологія

Запуск на повітряній кулі обмежував вагу приладу величиною ~2700 кг, з яких ~700 кг припадало на супутникову телеметричну систему, баласт та шасі (парашут і ударну площадку). Розмір детектора становив 2,06×2,06 м². Розробники TRACER припускають, що на момент запуску він був найбільшим детектором космічного випромінювання, який підіймався над атмосферою.

Для одночасного вимірювання заряду ядра Z і енергії E TRACER поєднує сцинтиляційні та черенковські лічильники для вимірювання заряду з лічильником dE/dx і детектором перехідного випромінювання для вимірювання енергії частинок до 10¹⁵ еВ на частинку.

Історія запусків

TRACER виконав три успішні польоти:

1. Запуск з Форт-Самнер, США, 20 вересня 1999 року на повітряній кулі об'ємом 1,1 млн м³, тривалість польоту 28 годин, висота від 34 до 38 км над рівнем моря. Цей політ був тестовим для наступних більш тривалих польотів.
2. Запуск з Антарктиди 12 грудня 2003 року на повітряній кулі об'ємом 1,1 млн м³, тривалість польоту 14 днів, висота від 36 до 39 км. Зареєстровано 5×10⁷ частинок космічних променів. Для польотів 1 і 2 поріг спрацьовування було встановлено так, щоб прилад мав максимальну чутливість для елементів від кисню до заліза.
3. Запуск з Кіруни, Швеція, 8 липня 2006 року, тривалість польоту обмежили 4,5 днями через відсутність дозволу на політ над територією Росії, висота варіювалась між 36 і 40 км над рівнем моря. Зареєстровано 3×10⁷ частинок. Поріг спрацьовування було встановлено так, щоб реєструвати й легші ядра.

Результати

В першому і особливо в другому полблті TRACER виміряв енергетичні спектри елементів O, Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca та Fe до енергій понад 10¹⁴ еВ на частинку. Різні елементи мали майже однаковий спектральний індекс 2,65±0,05.

В третьому польоті TRACER додатково вимірював елементи B, C і N. Відносна кількість первинних ядер, таких як C, O і Fe, вище ~10 ГеВ на нуклон не залежила від енергії. Натомість кількість бору, тобто відношення B/C, зменшувалось з енергією. Однак раніше зареєстрована залежність B/C~E^−0,6 порушувалось на найвищих енергіях.

Література

• Muller, D., Ave, M., Boyle, P. J., Gahbauer, F., Hoppner, C., Horandel, J., Ichimura, M., Romero-Wolf, A. The TRACER Project: Instrument Concept, Balloon Flights, and Analysis Proce-dures // Proc. Int. Cosmic Ray Conf (Vol. 2, pp. 83-86). — 2007.
• Boyle, P. J. The elemental composition of high-energy cosmic rays: Measurements with TRACER // Modern Physics Letters A. — 2008. — Vol. 23, no. 25. — P. 2031-2045. — DOI:10.1142/S0217732308028260.
• Boyle, P. J. Cosmic ray composition at high energies: The TRACER project // Advances in space research. — 2008. — Vol. 42, iss. 3. — P. 409-416.
• Obermeier, A., Ave, M., Boyle, P., Höppner, C., Hörandel, J., Müller, D. Energy spectra of primary and secondary cosmic-ray nuclei measured with TRACER // The Astrophysical Journal. — 2011. — Vol. 742, iss. 1. — P. 14. — DOI:10.1088/0004-637X/742/1/14.
• Ave, M., Boyle, P. J., Brannon, E., Gahbauer, F., Hermann, G., Höppner, C., Hörandel, J. R., Ichimura, M., Müller, D., Obermeier, A., Romero-Wolf, A. The TRACER instrument: A balloon-borne cosmic-ray detector // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. — 2011. — Vol. 654, iss. 1. — P. 140-156. — DOI:10.1016/j.nima.2011.05.050.