СПЪТНИКОВИТЕ ДАННИ ЗА КОСМИЧЕСКИ ЛЪЧИ КАТО ОСНОВА ЗА ТРИИНТЕРВАЛНА АПРОКСИМАЦИЯ НА ЙОНИЗАЦИОННИЯ МОДЕЛ CORIMIA
Чл.-кор. проф. дн инж. Петър Велинов, доц. д-р Симеон Асеновски, доц. д-р Лъчезар Матеев, ИКИТ-БАН
SUMMARY
The CORIMIA( Cosmic Ray Ionization Model in Ionosphere and Atmosphere) ionization model is used to describe the process of ionization in the Earth’ s atmosphere caused by cosmic ray particles [ 6-8 ]. In this study, a three-interval approximation of the ionization loss function dE / dh is presented for cosmic ray protons with charge Z = 1. The approach extends the previous two-interval model by introducing a third interval for higher particle energies( Ek > 5 GeV), improving the accuracy of ionization rate calculations in the upper atmospheric regions. Analytical expressions are derived for the energy loss laws and the corresponding atmospheric cut-off parameters in each interval. The obtained formulation allows a more detailed estimation of the ionization yield and contributes to a better representation of the energy-dependent behavior of cosmic ray protons within the CORIMIA framework.
Keywords: Cosmic Ray Ionization, CORIMIA Model, Three- Interval Approximation, Energy Loss Function, Proton Ionization, Atmospheric Ionization.
РЕЗЮМЕ
Моделът за йонизация CORIMIA( Cоsmic Ray Ionization Model in Ionosphere and Atmosphere) се използва за описание на процеса на йонизация в земната атмосфера, причинен от частици на космическите лъчи [ 6- 8 ]. В това изследване се представя триинтервална апроксимация на функцията на йонизационните загуби dE / dh за протони от космическите лъчи със заряд Z = 1. Подходът разширява предишния двуинтервален модел чрез въвеждане на трети интервал за по-високи енергии на частиците( Ek > 5 GeV), подобрявайки точността на изчисленията на скоростта на йонизация във високите слоеве на атмосферата. Извеждат се аналитични изрази за законите на загуба на енергия и съответните атмосферни прагови параметри за всеки интервал. Получената формулировка позволява по-подробна оценка на скоростта на йонизация и допринася за по-добро представяне на енергийно зависимото поведение на протоните от космически лъчи в рамките на CORIMIA.
Ключови думи: йонизация от космически лъчи, модел CORIMIA, триинтервална апроксимация, функция на загуба на енергия, йонизация на протони, атмосферна йонизация.
1. ВЪВЕДЕНИЕ
Космическите лъчи са високоенергийни заредени частици, произхождащи от галактически, слънчеви и междузвездни източници. При навлизане в земната атмосфера те взаимодействат с атмосферните съставки, като произвеждат каскади от вторични частици, които допринасят за атмосферната йонизация и химическите промени [ 1, 3, 4, 5 ]. Йонизацията, причинена от космическите лъчи, играе основна роля в атмосферното електричество, микрофизиката на облаците [ 5 ] и дългосрочната климатична променливост [ 5 ]. В зависимост от произхода и енергията си, космическите лъчи обикновено се разделят на три основни компоненти: галактически космически лъчи( GCRs), слънчеви енергийни частици( SEPs) и аномални космически лъчи( ACRs). GCRs доминират по време на спокойни слънчеви условия и осигуряват фоновата йонизация на всички ширини. SEPs са временни потоци, свързани с конкретни събития, като слънчеви избухвания и коронални масови изхвърляния, докато ACRs представляват нискоенергийна компонента, ускорена на хелиосферната граница [ 3 – 5 ].
Точното моделиране на йонизацията от космически лъчи изисква подробни описания на загубата на енергия на заредените частици, докато те проникват в атмосферата. Моделът CORIMIA( Cоsmic Ray Ionization Model in Ionosphere and Atmosphere)( Модел за йонизация от космически лъчи в йоносферата и атмосферата) [ 6-8 ] предоставя такава рамка чрез аналитично интегриране на функцията за енергийна загуба( 1 / ρ)( dE / dh) върху спектъра на първичната енергия, отчитайки ефектите на геомагнитно екраниране и слънчеви модулации [ 6 ]. Прецизността на този подход силно зависи от приетото приближение на функцията за йонизационна загуба, която определя скоростта на разсейване на енергията с атмосферната дълбочина.
Предишни изследвания използваха двуинтервално приближение, базирано на теорията на Бете – Блох [ 2 ], успешно възпроизвеждайки наблюдаваната йонизация при ниски и средни енергии. Въпреки това, при по-високи кинетични енергии( Ek > 5 GeV), отклоненията стават забележими. Поради това е разработено триинтервално приближение, за да се разшири приложимостта на CORIMIA за високоенергийни протони( Z = 1), осигурявайки по-добра непрекъснатост и подобрено представяне на функцията на йонизационната загуба в широк енергиен диапазон [ 8 ].
22 ГКЗ 3-4’ 2026