Ви є тут

Энергетический спектр и массовый состав космических лучей в диапазоне энергий 1015 - 1017 эВ по данным установок для регистрации черенковского света от широких атмосферных ливней

Автор: 
Просин Василий Владимирович
Тип роботи: 
докторская
Рік: 
2006
Кількість сторінок: 
196
Артикул:
136719
179 грн
Додати в кошик

Вміст

Оглавление
Введение 4
1 Постановка задач и обзор литературы 13
1.1 Состояние исследований к началу настоящей работы ... 13
1.2 Диапазон энергий первичных частиц, в котором применяется черенковская методика................................... 18
1.3 Уникальные возможности черенковского излучения для исследования ШАЛ............................................... 20
1.4 Изучаемые параметры: энергия и продольное
развитие как характеристика массы первичной частицы. . 22
2 Эксперименты по регистрации ШАЛ с использованием черенковского света в Якутске, Самарканде, Тункинской долине и на горах Гран Сассо в Италии 28
2.1 Общие особенности экспериментов по регистрации черенковского света ШАЛ........................................... 28
2.2 Якутск 1973—1979 ...................................... 29
2.3 Самарканд 1980—1984 ................................... 35
2.4 Якутск 1984-1990 ...................................... 37
2.5 Установка для регистрации ШАЛ но черенковскому свету Тунка........................................................ 43
2.6 Гран Сассо 1998-2000 .................................. 55
3 Последовательное развитие методики измерения основных параметров первичной частицы (1975 - 2005 гг) 60
3.1 Основные методические подходы к анализу данных ШАЛ 60
3.2 Постановка задачи моделирования ШАЛ.................... 64
3.3 Моделирование ШАЛ с помощью программы
СОЯБША.................................................. 67
*
1
3.4 Уточнение функции пространственного распределения черенковского света ШАЛ.......................................... 69
3.5 Методика измерения энергии с помощью черенковского света ШАЛ......................................................... 74
3.5.1 Якутский подход..................................... 74
3.5.2 Подход Q(100) в Самарканде.......................... 75
3.5.3 Подход Q(100) для плотной установки в Якутске . . 76
3.5.4 Наиболее модельно независимый метод измерения энергии в эксперименте QUEST ............................. 77
3.5.5 Методика определения энергии в эксперименте Тунка-
25................................................. 84
3.6 Методика измерения глубины максимума ШАЛ но длительности импульса на большом расстоянии от оси .... 86
3.6.1 Определение параметров импульса..................... 86
3.6.2 Восстановление глубины максимума ливня по длительности черенковского импульса....................... 90
3.7 Методика измерения глубины максимума ШАЛ но функции пространственного распределения
черенковского света....................................... 94
3.8 Методика определения среднего логарифма массы первичных частиц..................................................... 97
4 Обработка экспериментальных данных 100
4.1 Основные принципы обработки экспериментальных данных от широких атмосферных ливней..............................100
4.2 Методы предварительной калибровки
аппаратуры................................................101
4.2.1 Калибровка временных показаний детекторов ... 101
4.2.2 Первичная амплитудная калибровка детекторов . . 102
4.3 Калибровка аппаратуры но самим зарегистрированным данным ...........................................................105
4.3.1 Контроль работы детекторов установки Тунка . . . 105
4.3.2 Спектры плотностей черенковских вспышек света. . 107
4.4 Восстановление параметров событий по показаниям независимых сцинтилляционных детекторов............................109
4.5 Восстановление параметров событий по показаниям детекторов черенковского света....................................112
4.6 Современный вариант программы восстановления параметров событий..........................................115
5 Моделирование экспериментов 119
5.1 Общие принципы..........................................119
5.2 Модель атмосферы........................................120
5.3 Первый опыт реализации программы моделирования эксперимента на Якутской установке......................123
5.4 Современный вариант программы моделирования эксперимента .......................................................125
5.5 Моделирование работы детекторов
формы импульсов.........................................129
6 Результаты экспериментов 136
6.1 Условия проведения экспериментов и общая статистика . . 136
6.2 Средние ФПР и связь их параметров с зенитным углом ШАЛ 143
6.3 Интегральный энергетический спектр но данным эксперимента QUEST..........................................145
6.4 Дифференциальный энергетический спектр..................154
6.5 Зависимость средней глубины максимума от энергии ... 158
6.6 Распределение но глубине максимума......................164
6.7 Результаты анализа экспериментальных данных о глубине максимума ШАЛ........................................164
6.8 Наиболее вероятный средний состав первичного космического излучения и его изменение с ростом энергии 171
Заключение 175
Литература 186
3
Введение
Настоящая работа подводит итоги многолетних экспериментов по изучению черенковского излучения, возникающего при движении со скоростью, превышающей скорость света в воздухе, заряженных частиц широких атмосферных ливней (ШАЛ), генерируемых космическими частицами сверхвысоких энергий. Эксперименты были начаты в Якутске но инициативе академика Г.Б. Христиансена в далекие 70-е годы прошлого века и имели основной целью изучить продольное развитие ливней в атмосфере и, на основе этого, улучшить точность измерения энергии первичных частиц и попытаться установить их массовый состав.
Основную часть регистрируемых на Земле космических лучей составляют заряженные частицы, которые именно в силу наличия у них электрического заряда отклоняются нерегулярными галактическими магнитными нолями так, что становится невозможно определить их направление прихода и идентифицировать их источник. Однако, измерение энергетического спектра и массового состава космических частиц позволяет делать заключения об их происхождении и распространении в пространстве.
Космическое излучение, наблюдаемое у Земли, составляет существенную часть энергетического баланса Галактики, имея среднюю плотность энергии 10“12 эрг/см3, сравнимую с плотностью энергии света звезд, магнитных полей Галактики и межзвездного газа. Именно поэтому происхождение и распространение в космическом пространстве космических лучей (КЛ) является одной из наиболее важных задач астрофизики. Значительную долю космического излучения составляют заряженные ядра
4
различных химических элементов от протонов до ядер сверхтяжелых элементов с г ~ 90, имеющие существенно нетеиловое, степенное распределение но энергии 1(Е) ~ Е : охватывающее колоссальный диапазон от ГэВ-ных энергий до Ю20 эВ.
Еще в 50-е годы на установке но изучению широких атмосферных ливней Московского Государственного университета им. М.В.Ломоносова было обнаружено изменение показателя степени энергетического спектра космического излучения от —2.7 до —3.1 при энергии около 3 • 1015 эВ, и этот излом в спектре получил название "колено"[1]. При самых высоких энергиях 3 • 1018 - 1019 эВ наблюдается некоторое уиоложение спектра, что было названо "лодыжкой". Считается, что до "лодыжки"КЛ имеют Галактическое происхождение, а за ней - внегалактическое.
Существенная общая особенность как процессов ускорения космических частиц, так и процессов их распространения в межзвездных магнитных полях — зависимость от магнитной жесткости р/2 (импульс на единицу заряда). Эта зависимость приводит к тому, что каков бы ни был механизм ограничения спектра космических лучей, проявляющийся в виде колена, выше области колена ожидается увеличение вклада тяжелых ядер с ростом энергии. Это предсказание, как будет показано в главе 6, подтверждается как данными как настоящей работы, так результатами, полученными на установках ЕАЭ-ТОР [2], КАЭСАПЕ [3|, МГУ [4] и ЭРАЗЕ/АМАША [5].
Широкий атмосферный ливень представляет собой трехмерный рой коррелированных по времени частиц, возникающих в лавинных ядерно-каскадных и электромагнитных процессах, инициируемых первичной космической частицей в атмосфере. На малых расстояниях от оси ливня этот рой образует плоский диск, радиус которого определяется среднеквадратичным расхождением ливневых частиц за счет кулоновского рассеяния в атмосфере, а толщина возникает из-за различий скоростей и разброса длин траекторий частиц, приходящих на плоскость наблюдения. На больших расстояниях от оси (более 80-100 метров) рой частиц
5
создает более сложное трехмерное образование, толщина которого растет с удалением от оси ливня.
В процессе развития ливня в атмосфере число вторичных частиц увеличивается до глубины, где средняя энергия вторичных частиц равняется критической энергии. Ниже этого уровня число частиц уменьшается приблизительно по экспоненте. Глубина, где каскад достигает наибольшего числа заряженных частиц, называется глубиной максимума ливня Хтах*
Большая часть заряженных частиц каскада (в основном, электронов и позитронов), обладает скоростью, превышающей скорость света в атмосфере, и в соответствии с эффектом, открытым П.А. Черенковым и С.И. Вавиловым вызывает излучение, называемое черенковским светом. Черенковский свет в воздухе направлен вперед но движению первичной космической частицы, и его полный поток пропорционален ее энергии. Черенковское излучение ШАЛ является уникальным инструментом изучения ШАЛ. Регистрация полного потока черепковского света позволяет использовать земную атмосферу как гигантский калориметр для частиц сверхвысоких энергий, а регистрация пространственно-временной структуры вспышки света ШАЛ позволяет судить о продольном развитии электронно-фотонной лавины в атмосфере.
Поскольку каждая заряженная частица ШАЛ испускает большое количество черенковских фотонов, слабо поглощающихся атмосферой, они являются более многочисленными на уровне земли, чем заряженные частицы. Кроме того, так как большая часть света испускается очень высоко над землей и под существенными углами к оси ливня, пространственное распределение черепковского света на уровне установки является более плоским, чем для заряженных частиц.
Исследования глубины максимума развития ливня Хщах (и следовательно массы первичной частицы) из черенковских измерений имеют преимущество перед методами, использующими измерения пространственного распределения электронов и мюонов, так как являются менее
б
чувствительными к нуассоновым флуктуациям числа частиц, зарегистрированных детекторами, и практически не чувствительны к моделям взаимодействия, используемым в расчетах.
После экспериментального обнаружения черенковского излучения ШАЛ [6] начались интенсивные исследования характеристик этого излучения и их связи с параметрами ливней. В работах А.Е. Чудакова [7, 8] была впервые установлена связь между потоком черенковского излучения и энергий рассеянной ШАЛ над уровнем наблюдения. В 1957 году на Памирской станции были проведены первые измерения функции пространственного распределения черенковского излучения [7]. Установка состояла из гейгеровских счетчиков для определения положения оси и полного числа частиц в ливне, и черенковских детекторов, с помощью которых определялось направление прихода осей ливней и плотность потока света на расстояниях 10 — 250 метров. Результаты измерений показали, что пространственное распределение черенковского излучения существенно положе, чем ФГ1Р электронов.
В работе Ю.А. Фомина и Г.Б. Христиансена было показано, что на больших расстояниях от оси, где можно пренебречь пространственным распределением частиц ливня, форма импульса черенковского излучения отражает форму каскадной кривой [9).
В дальнейших работах с участием автора на основе анализа расчетов было показано, что на больших расстояниях от оси ШАЛ длительность импульса на полу-высоте однозначно связана с геометрическим расстоянием до максимума развития ливня и не зависит от модели развития ШАЛ. Был разработан метод определения глубины максимума индивидуального ливня но длительности импульса черенковского излучения. [10].
Экспериментально метод определения положения максимума развития индивидуальных ШАЛ но длительности их черенковских импульсов был впервые реализован на Якутской установке ШАЛ [11, 12]. Результаты работы подтвердили возможность экспериментального определения
7
положения максимума развития индивидуальных ШАЛ но длительности импульса черенковского излучения, зарегистрированного на больших расстояниях от оси (Я>300 м). Были получены первые данные о средней глубине максимума развития ливней в диапазоне энергий 3-1016—1018 эВ. Подробнее эти работы будут рассмотрены в следующих главах.
Актуальность темы.
Природа источников галактических космических лучей (КЛ) высоких и сверхвысоких энергий до конца не ясна. Энергетический спектр КЛ, наблюдаемых на Земле, формируется как в ускоряющих областях источников, так и за счет распространения частиц в Галактике. Колено при энергии 3 • 1015 эВ представляется наиболее интересной областью спектра. Его детальная форма может много сказать о природе ускорения КЛ в источниках и о характеристиках магнитных нолей в Галактике.
Исследование энергетического спектра, и массового состава КЛ с энергией выше 1015 эВ до сих пор возможно только с помощью регистрации ШАЛ. Пространственно-временное распределение черенковского света отражает высоту, с которой испущен основной поток света, т.е. глубину максимума развития ШАЛ, которая зависит от энергии и массового числа первичной частицы.
Регистрация ШАЛ по черепковскому свету позволяет измерять энергию первичной частицы методом, наименее зависящим от модельных предположений, используя атмосферу в качестве толстого калориметра. Исследуя глубину максимума при фиксированной первичной энергии, можно определить массу первичной частицы. Таким образом, регистрация черенковского света ШАЛ позволяет получить наиболее точную информацию о спектре и массовом составе первичных космических лучей
(ПКЛ).
Диссертационная работа подводит итог исследованиям автора но развитию метода регистрации ШАЛ с помощью черенковского света и использованию этого метода для исследования ПКЛ в диапазоне 1015 —
8
1017 эВ.
Научная новизна.
До начала экспериментов, описываемых в настоящей диссертации, не было достаточно точной информации о продольном развитии ливней в атмосфере. В частности, считалось, что максимум ливня смещается вглубь очень быстро с ростом энергии и при энергии 1018 эВ достигает уровня моря. Работы, вошедшие в настоящую диссертацию, явились первыми, в которых с достаточной достоверностью были оценены средняя глубина максимума развития ливня в атмосфере и флуктуации этой глубины.
Исследования, выполненные автором, опережают работы других групп по достигнутой точности определения энергии первичной космической частицы и точности измерения глубины максимума развития ШАЛ в атмосфере.
В работах автора впервые был применен новый метод определения всех параметров ливней исключительно но черенковскому свету ШАЛ без привлечения данных детекторов заряженных частиц.
Практическая значимость.
Полученные данные о продольном развитии ШАЛ в атмосфере были использованы при интерпретации данных других установок и, в частности, Якутской установки ШАЛ.
Результаты настоящей диссертации относительно энергетического спектра и изменения массового состава космических лучей используются для планирования новых экспериментов: Тунка-133,
KASCADE-Grande, ICE-TOP, нацеленных на исследование космических лучей в области энергий 1016 — 1018 эВ, переходной от компактных к гигантским установкам с большим раздвижением между детекторами (проект Auger).
Уникальная по своей точности оценка интегрального потока косми-
9
ческих лучей с энергией более 3 • 1015 эВ может служить эталоном для абсолютной энергетической калибровки других экспериментов в космических лучах.
Личное участие автора.
Во всех перечисленных экспериментах автор принимал непосредственное участие на всех стадиях, т.е. в планировании экспериментов, разработке и изготовлении аппаратуры, написании и корректировке компьютерных программ сбора данных, разработке методики текущей калибровки аппаратуры, эксплуатации установок, разработке алгоритмов и написании программ восстановления параметров событий, разработке алгоритмов и написании программ моделирования экспериментов, разработке методик интерпретации и анализа конечных результатов.
Цель работы.
Целью многолетних исследований, вошедших в настоящую работу, было создание установок для регистрации черепковского света ШАЛ, разработка методики получения информации о первичных космических лучах сверхвысоких энергий с помощью черепковского света и получения на ее основе физически значимых результатов об энергетическом спектре и массовом составе космических лучей в диапазоне 1015 — 1017 эВ.
Диссертация состоит из введения, 6-ти глав и заключения. Во введении обсуждается постановка проблемы изучения космических лучей сверхвысоких энергий. Дается краткое изложение содержания диссертации. Отмечается актуальность, научная новизна и практическая ценность работы. Формулируются основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе описано состояние исследований черенковского излучения ШАЛ к началу работ, вошедших в настоящую диссертацию, преимущества черенковского излучения ШАЛ, но сравнению, с другими компонентами. Обсуждается, какие параметры ШАЛ можно извлечь из
10
анализа черенковского света.
Во второй главе описаны эксперименты, проводившиеся при определяющем участии автора на установках для регистрации ШАЛ в Якутске, Самарканде, Тункинской долине и Италии.
В третьей главе описано последовательное развитие методики анализа информации, связанное с развитием теоретических представлений о взаимодействии частиц, вычислительной базы и программного обеспечения, включая международную программу СОРОКА.
Описано современное состояние методики обработки экспериментальных данных о черенковском свете ШАЛ.
В пятой главе описаны программы моделирования экспериментов, предназначенные для оценки погрешностей измерений, систематических искажений результатов и имитации распределений экспериментально наблюдаемых параметров.
В шестой главе описаны основные результаты экспериментов. Приводятся условия проведения экспериментов, результаты изучения продольного развития ШАЛ, энергетический спектр и оценка наиболее вероятного массового состава ПКИ.
В заключении перечислены основные результаты работы.
Автор защищает:
1. Решающий вклад в разработку принципов и создание установок для регистрации черенковского света от широких атмосферных ливней в Якутске, Самарканде, Тункинской долине и в лаборатории Гран Сассо в Италии.
2. Метод восстановления основных параметров ШАЛ, а именно, положения оси, направления прихода ливня и энергии первичной частицы, по черенковскому излучению. Метод обеспечивает определение энергии с погрешностью не более 15%, независимо от сорта первичной частицы.
3. Дифференциальный энергетический спектр космических лучей в
11
диапазоне 1015 - 1017 эВ с наилучшим на сегодняшний день энергетическим разрешением.
4. Абсолютную интегральную интенсивность потока первичных космических лучей с энергией выше 3* 1015 эВ с наименьшей на сегодняшний день систематической погрешностью:
I (Е0 > 3 • 1015 эВ) = (2.3 ± 0.1™ ± 0.4СИСГ) • 10'7, [м”2 * с"1 • ср"1]
5. Метод определения глубины максимума ШАЛ по пространственно-временной структуре черенковского излучения, обоснованный многочисленными расчетами и реализованный в экспериментах в Якутске, Самарканде и Тункинской долине. Метод обеспечивает измерение глубины с погрешностью не более 30 г/см2.
6. Распределение ШАЛ но глубине максимума и зависимость средней глубины максимума от энергии в диапазоне от 3 • 1015 до 5 * 1016 эВ.
7. Средний состав первичных космических лучей при энергии ~ 5 • 1015 эВ и его утяжеление при увеличении энергии выше 1016 эВ.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на всех Международных конференциях но космическим лучам, начиная с 14-й в 1975 г в Мюнхене но 29-ю в 2005 г в Индии, на всех Европейских симпозиумах по космическим лучам с 1975-го но 2004-й год, на всех Всесоюзных, а затем Всероссийских конференциях но космическим лучам с 1975-го по 2004-й годы, на многочисленных семинарах, как в России, так и за рубежом в Польше, Словакии, Германии и Италии. По результатам экспериментов защищены 2 кандидатские диссертации и 7 дипломных работ, научным руководителем которых был автор настоящей работы.
По материалам диссертации опубликовано 54 работы, из них — 30 в реферируемых изданиях.
12
Глава 1
Постановка задач и обзор литературы
1.1 Состояние исследований к началу настоящей работы
Заглавие настоящего раздела, несмотря на кажущуюся простоту, оказывается совсем не простым. Дело в том, что начало экспериментов, описываемых в настоящей диссертации, относится к далеким 70-м годам прошлого века. Тогда не было еще достаточно точной информации о продольном развитии ливней в атмосфере, и в ходу были умозрительные соображения, на основании которых считалось, что максимум смещается вглубь очень быстро с ростом энергии и при энергии 1018 эВ достигает уровня моря |13]. Работы, входящие в настоящую диссертацию, явились первыми, оценившими более или менее достоверно среднюю глубину максимума развития ливня в атмосфере и флуктуации этой глубины.
Работы других авторов в этом направлении начались позже и развивались параллельно нашим работам. Больший интерес для настоящей работы представляют эксперименты, в которых, кроме заряженных частиц, регистрировался черенковский свет: HEGRA—AIROBICC (1990 — 1997) [14], CACTI (США, 1995) [15], CASA-BLANCA (США, 1998) [16], SPASE—VULCAN (Антарктида, 1997 — 1999) [5], Лианг—Ванг(Китай, 1991) [35], QUEST (Италия, 1998 - 2000) [36].
13
Самаркандская установка [17] имела 19 сцинтилляционных детекторов площадью от 0.5 до 2 м2,12 интегральных детекторов черенковского света и один детектор формы импульса большой площади. На установке были изучены экспериментальные функции пространственного распределения черенковского света и но длительности импульсов получены оценки глубины максимума для энергий 3 и 5 ПэВ. Более подробное описание будет приведено в следующей главе.
Плотная Якутская установка [19] содержала 25 сцинтилляционных детекторов различной площади от 0.5 до 4 м2, 7 интегральных детекторов черенковского света на расстояниях 0, 100 и 250 м от центра и 4 детектора формы импульса, в которых форма регистрировалась в цифровом виде с помощью прибора АФИ-16. Прибор регистрировал 16 точек на импульсе с переменным шагом от 2 до 6 не. Интересной особенностью эксперимента было то, что шаг выбирался в реальном времени но результатам быстрой оценки длительности импульса. В результате были получены оценки глубины максимума для энергии около 1016 эВ, приведенные ниже при описании результатов настоящей работы.
HEGRA — The Eigh—Energy Gamma-Яау Astronomy — комплекс детекторов ШАЛ HEGRA покрывал область 180 х 180 м2 на высоте 2200 м (790 г/см2) [14] Установка состояла из 243 сцинтилляционных детекторов площадью 0.96 м2 каждый, образующими на местности сетку с шагом 15 м на периферии и 10 м в центре установки.
На той же площади располагались детекторы черенковского света, составлявшие установку AIROBICC. В установке было 49 детекторов, каждый из которых состоял из фотоумножителя и концентрирующего свет конуса Уинстона. Сетка детекторов имела шаг 30 м. Порог но энергии зарегистрированных событий был для первичных протонов 25 ТэВ и для ядер железа 80 ТэВ. Были получены энергетический спектр в диапазоне 2 • 1014 — 1016 эВ и зависимость средней глубины максимума от
14
энергии в этом же диапазоне.
CACTI [15].
Эксперимент CYGNUS II Национ&аьной Лаборатории Лос-Аламоса (США) расположен на высоте 2310 м (780 г/см-2) и состоит из 96 сцинтилляционных детекторов электронов, расположенных на площади 6 * 104 м2 и мюонных детекторов площадью 70 м2 с порогом но энергии 2 ГэВ [15].
Черепковская установка CACTI была расположена в центре установки CYGNUS II и состояла из шести широкоугольных черепковских детекторов. Каждый детектор состоял из 8-дюймовых полусферических фотоумножителей Hamamatsu R1408, установленных в стальных контейнерах с углом обзора 0.31 стер. Энергетический порог установки 0.3 ПэВ. Были иолучены оценки средней глубины максимума от энергии в диапазоне 1 — 10 ПэВ.
CASA—BLANCA [16] — The Eroad LAteral Non—imaging Cherenkov Array.
Установка BLANCA имела 144 интегральных черепковских детектора. Расположенная на плато Дагуей, штат Юта, США (глубина атмосферы 870 г/см2), установка BLANCA использует триггер установки CASA для регистрации черенковского света ШАЛ. Порог срабатывания установки CASA определяет энергетический порог для регистрации совместных событий - около 100 ТэВ. Однако при анализе данных установки BLANCA использует события с энергией минимум 200 ТэВ, чтобы избежать искажения состава, вызванного влиянием триггера установки CASA. Каждый детектор установки BLANCA имеет большой конус Уинстона, который концентрирует свет с площади 880 см2 на фотоумножитель площадью 100 см2. Концентратор имеет угол раствора 12.5° и длину 60 см, конусы Уинстона были выставлены вертикально с точностью 0.5°. Двух-входовый предусилитель увеличивает динамический диапазон де-
15
тектора.
Пространственное распределение черенковского света на расстояниях 30-120 м от оси ливня фитировалось экспоненциальной функцией. На расстоянии более 120 м от оси ФПР фитировалась степенной функцией.
Чтобы интерпретировать полученные данные, был произведен большой набор моделирований ШАЛ с использованием пакета программ CORSIKA и разных моделей адронных взаимодействий — QGSJET, VENUS, SIBYLL и HDPM в четырех группах ПКЛ — протоны, гелий, группы CNO и Fe. Из анализа искусственных событий были найдены расчетные зависимости плотности потока черенковского света на расстоянии 120 м от оси с энергией первичной частицы и наклона функции пространственного распределения с глубиной максимума ливня Х^.
SPASE/VULCAN/AMANDA.
Комплексный эксперимент для измерения электронов, мюонов и черепковского света ШАЛ был создан на географическом Южном полюсе (688 г/см2). Эксперимент включал в себя: сцинтилляционную установку SPASE-2 [37], 9 черенковских детекторов установки VULCAN [38] и гирлянды мюонных детекторов вмороженных глубоко в лед AMANDA [39]. Одновременные измерения числа электронов, высокоэнергичных (> 500 ГэВ) мюонов и пространственного распределения черенковского света позволяли исследовать химический состав первичного излучения относительно независимым от модельных предположений способом, сцинтилляционная установка SPASE— 2 производила триггер с пороговой энергией 50 TeV для первичных протонов. Данные SPASE—2 использовались для определения параметров ливня (координат оси и углов прихода) с точностью до 4 м и 1° при энергии 1 ПэВ. Регистрация черенковского света ШАЛ, проведенная в течение 1997—1998 годов позволила получить данные о средней глубине максимума ливней в области энергий около 1 ПэВ.
16