Публиченко Павел Андреевич / Pavel A. Publichenko
Наука и знание - лучшее средство от бедности и недоедания
|
|
![]()
|
Отзыв ведущей организации ЛВЭ ОИЯИ (Дубна)Утверждаю ОТЗЫВ Исследование элементного состава первичного космического излучения в разных энергетических диапазонах позволяет изучать проблемы происхождения, ускорения и распространения космических лучей, что дает возможность понять устройство и эволюцию Галактики. Эти исследования проводятся уже несколько десятилетий с использованием различных типов детекторов на разных высотах наблюдения – на спутниках, высотных автоматических аэростатах, наземных высокогорных измерениях и др. В области высоких энергий перед изломом спектра ПКИ прямые данные в основном получены с помощью пассивных детекторов – эмульсионных камер, экспонирующихся на высотных аэростатах (эксперименты RUNJOB, JACEE, MUBEE) – это недорогие детекторы, имеющие высокое пространственное разрешение и бόльший геометрический фактор, чем детекторы активного типа, что очень важно, поскольку вес аппаратуры, выносимый за пределы атмосферы, имеет принципиальное значение для продвижения в область высоких энергий. Но энергетический порог регистрации тяжелых ядер оказывается в этих экспериментах очень высоким – около 20-30 ТэВ, поэтому мировая статистика тяжелых ядер очень ограничена и данные противоречивы. Развитие новых методов, позволяющих расширить энергетический диапазон измерений тяжелых ядер в эмульсионных экспериментах, может значительно помочь в исследовании сложной проблемы состава и спектра ПКЛ прямыми методами, и актуальность этой задачи не вызывает сомнений, поскольку до сих пор полной картины формирования потоков КЛ в Галактике нет. Диссертационная работа П.А.Публиченко посвящена методике обработки и анализа экспериментального материала, полученного в аэростатном российско-японском эксперименте RUNJOB. Это сотрудничество было организовано в 1995 году и посвящено поэлементному изучению энергетического спектра первичного космического излучения (ПКИ) прямыми методами в диапазоне энергий от 20÷500 ТэВ. За 5 лет было совершено 10 успешных аэростатных полетов, суммарная накопленная экспозиция - 575 м2ч. В первой главе диссертации П.А.Публиченко обсуждаются результаты обработки материала стратосферных камер, находящегося в распоряжении российских участников работы, и описывается один из основных этапов этой обработки - создание карт предсказаний вершин взаимодействий, разработанный П.А.Публиченко. С участием автора было обработано 40% экспериментального материала, по которому построены спектры ПКИ. Остальные главы диссертации посвящены разработке «вершинного триггера». Основной метод обработки событий в эксперименте RUNJOB основан на калориметрическом триггере отбора частиц по энергии, выделенной в электромагнитную компоненту в калориметрическом блоке установки. Этот метод регистрации по каскадам в калориметре имеет высокий энергетический порог (~20 ТэВ), связанный с флуктуацией коэффициента неупругости и большой неопределенности его в определении энергии. Для снижения энергетического порога регистрации в камерах RUNJOB были поставлены специальные фоточувствительные материалы SXF – пленки, в которых след от тяжелой заряженной частицы виден невооруженным глазом, и трек от частицы можно проследить и найти вершину взаимодействия. Такой «вершинный триггер» позволяет снизить порог регистрации частиц до минимального порога геомагнитного обрезания и измерить в рамках одного эксперимента поэлементные энергетические спектры ядер с зарядом Z>17. В эксперименте RUNJOB, где рентген-эмульсионная камера экспонировалась на высоте около 33 км в течение недели, уровень фона и плотность пятен составляет около 200 см-2. Таким образом, обработка экспериментального материала – измерение пятен потемнений, восстановление траекторий частиц в объеме камеры и поиск вершин взаимодействия ядер в мишени – представляет очень сложную задачу, выполнимую только с использованием автоматизированной системы просмотра и поиска пятен, что и было сделано в ходе выполнения диссертационной работы и описано в главах 2, 3, 5, б. В настоящее время в мире функционируют более двух десятков полностью автоматизированных установок для обработки ядерных эмульсий. В России единственный комплекс из двух установок подобного типа был создан в Физическом институте им. П.Н.Лебедева РАН – это высокоэффективный Полностью Автоматизированный Измерительный Комплекс (ПАВИКОМ) для обработки данных эмульсионных и твердотельных трековых детекторов, используемых в ядерной физике и физике высоких энергий. ПАВИКОМ позволил существенно ускорить и облегчить обработку экспериментального материала и предопределил разработку проектов новых экспериментов, для проведения которых появилась возможность использовать большие объемы мишеней и большие площади эмульсионных и твердотельных трековых детекторов. П.А. Публиченко, создавая комплекс программ для обработки материала эксперимента RUNJOB, занимался одновременно созданием пакета программ для управления движением стола одного из автоматических микроскопов комплекса ПАВИКОМ в режиме автоматического сканирования пленок и разработкой программного обеспечения обработки видеоизображений. Во многом благодаря высокоэффективному программному обеспечению, созданному П.А.Публиченко, возможности ПАВИКОМ удовлетворяют потребности не только исследований, проводимых в ФИАН, но используются также другими российскими лабораториями и институтами. Практическая значимость работы определяется универсальностью программного обеспечения ПАВИКОМ и его быстродействием, что используется для высокотехнологичной обработки данных экспериментов в ядерной физике, физике космических лучей, физике высоких энергий, в том числе для обработки ядерных эмульсий b-спектрометра ОИЯИ (Дубна). На ПАВИКОМ процесс обработки материала трековых детекторов ускорен в ~1000 раз даже по сравнению с использованием полуавтоматической аппаратуры. Это дает возможность обрабатывать большие массивы экспериментальных данных и существенно увеличивать статистику событий в широкой области экспериментов. В России ПАВИКОМ - единственный комплекс подобного уровня, а П.А. Публиченнко – один из полноправных соавторов этого комплекса. Измерительный комплекс ПАВИКОМ и его основные технические характеристики и особенности созданного автором программного обеспечения описывается во второй главе диссертации. В третьей главе описывается развитый автором подход в выделении пятен, оставляемых тяжелой частицей в SXF пленке в автоматическом режиме, это первый и очень важный этап в работе вершинного триггера. Здесь, казалась бы, простая задача встречает две трудности: первая – правильно сформулировать образ пятна и суметь выделить его над фоном, вторая – сократить время сканирования одной пленки до разумных значений. Поэтому использование стандартных программ распознавания образов для выделения пятен над фоном было ограничено, и автору пришлось создавать свою программу с довольно сложной системой плавающих порогов, которая позволяет выделять эффективно (как убедительно показано в диссертации) близкорасположенные пятна при минимальной сохраняемой информации. Скорость сканирования одного слоя пленки размером 40×80 см2 была доведена до 2-ух часов в результате придуманных автором усовершенствований. Кроме ускорения измерений, новый метод позволяет обрабатывать большие массивы экспериментальных данных и существенно увеличивать статистику событий, что раньше было практически нереально. Следующий важный этап – восстановление пространственных траекторий частиц в камере описан в пятой главе. Этот этап – наиболее трудоемкий даже с применением компьютера, поскольку приходится одновременно хранить в памяти и анализировать информацию о всех 13 слоях и 4 млн пятен. Этот этап уже требует знания и понимания деталей физических процессов прохождения частиц через вещество мишени, которые подробно рассмотрены автором в четвертой главе, где приведены результаты Монте-Карло моделирования эксперимента. Подробно исследована проблема энергетических порогов эксперимента: порога, вызванного потерями на ионизацию струи, геомагнитного обрезания, порогами, возникающими из-за искривления треков в результате многократного рассеяния и порогом визуального отбора струи частиц в эмульсии. Для увеличения достоверности результатов, автором проведена огромная работа по всесторонней, довольно мудреной верификации получаемых треков, с применением различных программистских ухищрений и при постоянном сравнении с расчетом. Автором убедительно показано, что существуют жесткие ограничения на применимость метода в условиях конкретного эксперимента. RUNJOB. Метод может быть применен только для ядер с зарядом Z³15-17, в интервале углов 30-70o и для частиц, провзаимодействовавших на глубине 6-13 рядов. Результирующий порог событий оказывается около 0.5 ТэВ на частицу, что с одной стороны почти на два порядка ниже, чем в эмульсионных экспериментах, с другой стороны эта область очень чувствительна к модели распространения КЛ в Галактике. В шестой главе описан последний и решающий этап обработки – проверка эффективности метода чисто экспериментальным путем – по поиску вершин в эмульсии. Оказалось, что сделанные ранее оценки ожидаемого количества треков разных типов достаточно хорошо подтвердились – треки тяжелых частиц отбираются в области применимости метода с эффективностью около 90 %. Количество же вершин в эмульсии из-за высокого порога регистрации оказалось очень маленьким, что и предсказывалось в расчетах и соответствует расчетному порогу поиска струи частиц. Хотя автор не приводит измеренных этим методом спектров, работа по созданию метода «вершинного триггера производит впечатление законченной экспериментальной работы, а метод может быть применен для измерения спектров ядер тяжелых элементов, используя уникальные данные 10 полетов эксперимента RUNJOB. Хорошее согласие расчетных и экспериментальных распределений, полученных автором, не оставляет сомнений в работоспособности этого метода. Научная новизна результатов связана, во-первых, с разработкой «вершинного триггера» на базе SXF пленок, который позволит значительно расширить диапазон спектров тяжелых ядер по данным эксперимента RUNJOB, и даст возможность создавать очень легкие установки для изучения ПКЛ в будущем. Во-вторых, впервые в России создан с активным участием автора комплекса ПАВИКОМ, который позволяет обрабатывать большие площади фоточувствительных материалов с высоким пространственным разрешением на большой скорости. В целом работа выполнена на хорошем уровне, хорошо проиллюстрирована большим количеством графиков и таблиц. Результаты диссертации, представляющей несомненный интерес для специалистов, занимающихся изучением химического состава и спектра первичных космических лучей, методикой эксперимента, могут быть с успехом использованы в исследованиях, проводимых в данной области в научных учреждениях России и других государств. Вместе с тем, диссертация имеет и некоторые недостатки:
Вышеизложенные замечания нисколько не умаляют ценности проделанной П.А. Публиченко работы. Разработанное программное обеспечение успешно используется на комплексе ПАВИКОМ. Диссертация представляет собою законченный труд, отражающий высокую квалификацию соискателя, как сложившегося физика-экспериментатора, специалиста в области физики элементарных частиц. Результаты диссертации опубликованы в престижных журналах, широко используются научными коллективами, занимающимися физикой высоких энергий, физикой космических лучей и элементарных частиц. Новизна и значимость полученных и изложенных в диссертации результатов удовлетворяет требованиям, предъявляемым к диссертациям на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, а П.А. Публиченко несомненно достоин присуждения искомой степени. Автореферат соответствует содержанию диссертации. Составитель отзыва, к.ф.-.м.н. Отзыв рассмотрен на заседании Ученого совета ЛВЭ ОИЯИ 30 сентября 2004 г., Председатель Ученого совета, Секретарь Ученого совета, |
© 20082012 «Публиченко Павел Андреевич» E-mail: О сайте |