ГОСТ 25645.150-90
Лучи космические галактические. Модель изменения потоков частиц

ГОСТ 25645.150-90

Группа Т27

     
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ЛУЧИ КОСМИЧЕСКИЕ ГАЛАКТИЧЕСКИЕ

Модель изменения потоков частиц

Galactic cosmic rays. Model of particle flux variation

ОКСТУ 0080

Дата ведения 1992-01-01

     
     
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТЧИКИ

С.И.Авдюшин, д-р техн. наук; М.А.Бедрековский, канд. техн. наук; А.А.Волобуев; Е.В.Горчаков, д-р физ.-мат. наук; В.Е.Дудкин, д-р физ.-мат. наук; Е.Е.Ковалев, д-р техн. наук; М.В.Лебедева; Е.Н.Лесновский, канд. техн. наук; В.И.Логачев, канд. физ.-мат. наук; А.М.Маренный, канд. физ.-мат. наук; М.Н.Назарова, канд. физ.-мат. наук; В.Н.Никитинский; С.И.Никольский, член корр. АН СССР; Р.А.Ныммик, канд. физ.-мат. наук; М.И.Панасюк, д-р физ.-мат. наук; Е.В.Пашков, канд. техн. наук; Т.И.Первая; Н.К.Переяслова, канд. физ.-мат. наук; В.М.Петров, канд. физ.-мат. наук; А.А.Суслов, канд. физ.-мат. наук; И.Б.Теплов, д-р физ.-мат. наук; М.В.Терновская, канд. физ.-мат. наук; В.В.Хаустов, канд. техн. наук

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 21.11. 90 N 2882

3. Срок проверки - 1997 г.

Периодичность проверки - 5 лет

4. Взамен ГОСТ 25645.122-85 - ГОСТ 25645.125-85, ГОСТ 25645.144-88

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка	Номер пункта
ГОСТ 25645.302-83	1.7

Настоящий стандарт устанавливает параметры и характеристики модели изменения потоков электронов, протонов и ядер галактических космических лучей (ГКЛ) с энергией от 10 до 10 МэВ (МэВ/нуклон - для ядер) в околоземном пространстве вне магнитосферы Земли.

Стандарт предназначен для оценки воздействия ГКЛ на технические устройства, биологические и другие объекты, находящиеся в космическом пространстве.

Требования настоящего стандарта являются рекомендуемыми.

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Аналитическая модель описывает изменения потоков частиц ГКЛ в зависимости от уровня солнечной активности и изменений крупномасштабных магнитных полей гелиосферы на 11- и 22-летних интервалах времени.

1.2. Уровень солнечной активности характеризуют числом Вольфа (числом солнечных пятен) . Изменения солнечной активности приняты циклическими со средней длиной периода 11 лет.

1.3. Изменения крупномасштабных магнитных полей гелиосферы принимают циклическими со средней длиной периода 22 года.

1.4. Угловое распределение потоков частиц ГКЛ на орбите Земли вне ее магнитосферы принимают изотропным.

1.5. Время запаздывания изменений потоков частиц ГКЛ относительно изменения солнечной активности (), мес., не зависит от жесткости (энергии) частиц и вычисляется по формуле

, (1)

где - момент времени, для которого проводят расчет, год;

1978,5 год.

Примечание. Момент времени задают датой, выраженной в годах. Например, 15 марта 1991 года = 1991=1991,2 год.

1.6. Динамику крупномасштабной модуляции ГКЛ характеризуют модуляционным потенциалом гелиосферы для момента времени .

1.7. Для расчета модуляционного потенциала гелиосферы в качестве исходных данных принимают значения среднемесячных чисел Вольфа , соответствующие моментам времени и отстоящим от него на месяцев назад

1, 2, 3,..., ,..., 2-1,

где - округленное до целого числа время запаздывания .

При расчетах жесткостных (энергетических) спектров для истекшего момента времени используют действительные среднемесячные значения чисел Вольфа, а для будущих моментов времени - среднемесячные числа Вольфа, которые вычисляют путем линейной интерполяции среднеквартальных чисел Вольфа, рассчитанных по ГОСТ 25645.302.

1.8. Модуляционный потенциал гелиосферы для момента времени , (), ГВ, вычисляют по формуле

, (2)

где - сглаженное среднемесячное число Вольфа, отнесенное к моменту времени , вычисляемое по формуле

. (3)

2. ЖЕСТКОСТНЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ ГКЛ

2.1. Жесткостные спектры частиц ГКЛ

2.1.1. Жесткостные спектры электронов, протонов и ядер ГКЛ (), с·м·ср·ГВ, в момент времени для "спокойных" промежутков времени вычисляют по формуле

, (4)

где - жесткость частиц, ГВ;

- безразмерный параметр, определяемый по формуле

, (5)

где - заряд частицы в единицах абсолютной величины заряда электрона;

, , , , - параметры, зависящие от типа частиц ГКЛ, значения которых приведены в табл.1;

0,106 ГВ - для электронов;

0,012 ГВ - для протонов;

ГВ - для ядер;

- массовое число;

- отношение скорости частицы к скорости света в вакууме, вычисляют по формуле

, (6)

где - масса покоя частицы;

0,0511·10 ГэВ - для электронов;

0,938 ГэВ - для протонов;

0,939 ГэВ/нуклон - для ядер.

Примечание. Под "спокойными" понимают промежутки времени, когда амплитуды кратковременных вариаций (период 11 лет) малы по сравнению с амплитудой 11-летних вариаций.

2.1.2. Средние квадратические отклонения расчетных значений () вычисляют по формуле

. (7)

Таблица 1

Частицы ГКЛ	Заряд	Массовое число	Значения параметров					Среднее квадратическое отклонение	Область жесткости, ГВ
							, год
Электроны	-1	1,0	1,7·10	-		0,9	1980,5	3,0·10	10-10
Протоны	1	1,0	2,0·10	3,0	2,75	1,2	1982,5	3,6·10	1,4·10-10
Гелий	2	4,0	3,5·10	3,0	2,75	1,2	1982,5	6,3·10	2,8·10-2·10
Литий	3	6,9	1,7·10	3,4	2,70			4,2·10
Бериллий	4	9,0	1,6·10	4,5	2,90			3,9·10
Бор	5	10,8	5,1·10	3,9	3,00			1,2·10
Углерод	6	12,0	9,6·10	3,1	2,75			1,9·10
Азот	7	14,0	3,5·10	3,6	2,90			8,7·10
Кислород	8	16,0	8,4·10	3,0	2,70			1,7·10
Фтор	9	19,0	3,6·10	3,8	3,00			9,0·10
Неон	10	20,2	1,5·10	3,1	2,75			3,0·10
Натрий	11	23,0	4,2·10	3,4	2,90			8,4·10
Магний	12	24,3	1,8·10	3,0	2,70			3,6·10
Алюминий	13	27,0	3,9·10	3,2	2,80			7,8·10
Кремний	14	28,1	1,2·10	3,0	2,65			2,4·10
Фосфор	15	31,0	1,0·10	4,0	2,95			2,0·10
Сера	16	32,1	2,7·10	3,4	2,70			5,4·10
Хлор	17	35,4	1,2·10	4,5	3,00			2,4·10
Аргон	18	39,9	2,3·10	4,5	2,90			5,4·10
Калий	19	39,1	1,8·10	4,2	3,00			4,5·10
Кальций	20	40,1	2,6·10	3,2	2,75			5,2·10
Скандий	21	44,9	6,9·10	3,6	2,90			1,7·10
Титан	22	47,9	2,5·10	3,6	2,95			5,0·10
Ванадий	23	50,9	1,13·10	3,3	2,90			2,3·10
Хром	24	52,0	2,1·10	3,3	2,85			4,2·10
Марганец	25	54,9	1,04·10	3,0	2,70			2,1·10
Железо	26	55,8	9,2·10	3,1	2,60			1,8·10
Кобальт	27	58,9	8,7·10	4,0	2,75			2,2·10
Никель	28	58,7	4,5·10	3,2	2,60			1,4·10

Примечания:

1. Заряд частиц ГКЛ дан в единицах абсолютной величины заряда электрона.

2. Для ядер ГКЛ с зарядом 2 значения параметров , , , , относятся к смеси изотопов соответствующих элементов.

3. В качестве массовых чисел для ядер с зарядом 2 приняты атомные веса, соответствующие природной распространенности элементов, согласно таблице Менделеева, что находится в пределах точности расчета, обеспечиваемой моделью.

4. Для электронов параметр , где 1 ГВ.

2.2. Энергетические спектры частиц ГКЛ

2.2.1. Энергетические спектры электронов, протонов и ядер ГКЛ () в момент времени для "спокойных" промежутков времени рассчитывают по формуле

, (8)

c·м·ср·МэВ - для частиц с 1;

cм·ср (МэВ/нуклон) - для частиц с

2.

2.2.2. Для заданных значений жесткости электронов, протонов и ядер ГКЛ значения кинетической энергии , ГэВ (ГэВ/нуклон - для ядер) вычисляют по формуле

. (9)

2.2.3. Для заданных значений кинетической энергии электронов, протонов и ядер ГКЛ значения жесткости и относительной скорости рассчитывают по формулам

, (10)

. (11)

2.2.4. Средние квадратические отклонения расчетных значений рассчитывают по формуле

. (12)

2.2.5. Описание и текст программы расчета потоков частиц ГКЛ приведены в приложении 1. Пример расчета энергетического и жесткостного спектров приведен в приложении 2.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное). ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТА ПОТОКОВ ЧАСТИЦ ГКЛ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное

1. Поток частиц вычисляется программой FLXGCR, написанной на языке Фортран-ЕС.

2. Обращение к программе:

CALL FLXGCR (IZ, EN, T, R, FR, F).

3. Входные параметры:

IZ - параметр, значение которого совпадает со значением заряда для протонов и ядер, для электронов принято IZ=29;

EN - кинетическая энергия частицы, МэВ - для протонов и электронов, МэВ/нуклон - для ядер;

Т - время, для которого производится вычисление потока, год (пример: 15 марта 1978 г. - 1978,2).

Выходные параметры:

R - жесткость частицы, ГВ;

FR - значение потока частиц по жесткости, c·м·cp·ГВ;

F - значение потока частиц по энергии, c·м·cp·МэВ - для электронов и протонов, c·м·cp·(МэВ/нуклон) - для

ядер.

4. Описание параметров блоков COMMON:

W - массив, содержащий среднемесячные числа Вольфа. Размерность массива определяется количеством месяцев с января 1950 г. (в примере по декабрь 1988 г. - 456).

А - массив массовых чисел частиц;

D, ALF, GAM - массивы параметров (, , ), определяющие потоки частиц;

Т0 - параметр по п.1.5 настоящего ГОСТ;

AM - масса покоя частицы по п.2.1.1 настоящего ГОСТ.

ПРОГРАММА РАСЧЕТА ПОТОКА ЧАСТИЦ ГКЛ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (справочное). ПРИМЕР РАСЧЕТА ЖЕСТКОСТНОГО И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное

1. Рассчитывают жесткостной и энергетический спектры ядер железа ГКЛ на 15 января 1987 г.

2. Жесткостной и энергетический спектры частиц ГКЛ вычисляют при помощи программы SP29, в которой вызывается расчетная подпрограмма FLXGCR. Чтобы вычислить жесткостной и энергетический спектры ядер железа на 15 января 1987 г., нужно в программе SP29 в операторе DATA IZ, Т задать значения порядкового номера элемента железа (26) и время, соответствующее 15 января 1987 г. - 1987.04: DATA IZ, T/26, 1987.04/.

3. Результаты расчета жесткостного и энергетического спектров ядер железа ГКЛ на 15 января 1987 г. приведены в табл.2. Здесь EN(41), R(41), FR(41) и F(41) - массивы значений энергии, жесткости, жесткостного и энергетического спектров соответственно, размерность которых определяется требуемым количеством точек энергетического спектра (в примере - 41).

Таблица 2

ЛУЧИ КОСМИЧЕСКИЕ ГАЛАКТИЧЕСКИЕ
ЧАСТИЦЫ 26; А=55.8; МАССЫ АМ=.939Е+00 ГЭВ (НУКЛ)
В 1987.04 ГОДУ

	ЭНЕРГИЯ [МЭВ/НУКЛ]	ЖЕСТКОСТЬ [ГВ]	Ф(R) [C*M**2*CP*ГB]	СПЕКТР F(E) [С*М**2*СР*МЭВ/НУКЛ]
1	1.0Е+01	2.9Е-01	1.4E-02	2.1Е-04
2	1.3Е+01	3.3Е-01	1.4E-02	1.8Е-04
3	1.6Е+01	3.7Е-01	1.5Е-02	1.7Е-04
4	2.0Е+01	4.2Е-01	1.7Е-02	1.8Е-04
5	2.5Е+01	4.7Е-01	2.2Е-02	2.1Е-04
6	3.2Е+01	5.3Е-01	2.9Е-02	2.4Е-04
7	4.0Е+01	5.9Е-01	3.8Е-02	2.9Е-04
8	5.0Е+01	6.7E-01	4.9Е-02	3.4 Е-04
9	6.3Е+01	7.5Е-01	6.3Е-02	3.9Е-04
10	7.9Е+01	8.5Е-01	8.0Е-02	4.4Е-04
11	1.0Е+02	9.5Е-01	9.8Е-02	4.9Е-04
12	1.3Е+02	1.1Е+00	1.2Е-01	5.4Е-04
13	1.6Е+02	1.2Е+00	1.4Е-01	5.8Е-04
14	2.0Е+02	1.4Е+00	1.6Е-01	6.1Е-04
15	2.5Е+02	1.6Е+00	1.8Е-01	6.1Е-04
16	3.2Е+02	1.8Е+00	1.9Е-01	6.0Е-04
17	4.0Е+02	2.0Е+00	1.9Е-01	5.7E-04
18	5.0Е+02	2.3Е+00	1.8Е-01	5.1Е-04
19	6.3Е+02	2.7Е+00	1.7Е-01	4.4Е-04
20	7.9Е+02	3.1Е+00	1.4Е-01	3.7Е-04
21	1.0Е+03	3.6Е+00	1.2Е-01	3.0Е-04
22	1.3Е+03	4.3Е+00	9.6Е-02	2.3Е-04
23	1.6Е+03	5.0E+00	7.3Е-02	1.7Е-04
24	2.0Е+03	6.0Е+00	5.3Е-02	1.2Е-04
25	2.5Е+03	7.1Е+00	3.7Е-02	8.2Е-05
26	3.2Е+03	8.6Е+00	2.5Е-02	5.5Е-05
27	4.0Е+03	1.0Е+01	1.6Е-02	3.5Е-05
28	5.0Е+03	1.3Е+01	1.0E-02	2.2Е-05
29	6.3Е+03	1.5Е+01	6.4E-03	1.4Е-05
30	7.9Е+03	1.9Е+01	3.8Е-03	8.3Е-06
31	1.0Е+04	2.3Е+01	2.3Е-03	4.9Е-06
32	1.3Е+04	2.9Е+01	1.3Е-03	2.9Е-06
33	1.6Е+04	3.6Е+01	7.8Е-04	1.7E-06
34	2.0Е+04	4.5Е+01	4.5Е-04	9.6Е-07
35	2.5Е+04	5.6Е+01	2.5Е-04	5.4Е-07
36	3.2Е+04	7.0Е+01	1.4Е-04	3.1Е-07
37	4.0Е+04	8.7Е+01	8.0Е-05	1.7Е-07
38	5.0Е+04	1.1Е+02	4.5Е-05	9.6Е-08
39	6.3Е+04	1.4E+02	2.5Е-05	5.4Е-08
40	7.9Е+04	1.7E+02	1.4Е-05	3.0Е-08
41	1.0Е+05	2.2E+02	7.7Е-06	1.7Е-08