ГОСТ Р 25645.165-2001
Лучи космические солнечные. Вероятностная модель потоков протонов

ГОСТ Р 25645.165-2001

Группа Т27

     
     
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЛУЧИ КОСМИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ

Вероятностная модель потоков протонов

Solar energetic particles.
Probabilistic model for proton fluxes

ОКС 17.240
ОКСТУ 0080

Дата введения 2002-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским институтом ядерной физики Московского Государственного Университета (НИИЯФ МГУ) и Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации (ВНИИстандарт) Госстандарта России

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 27 апреля 2001 г. N 196-ст

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1 Область применения

     1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает вероятностные энергетические спектры потоков (флюенсов и максимальных пиковых потоков) протонов солнечных космических лучей (СКЛ) с энергией 5 МэВ в околоземном космическом пространстве вне магнитосферы Земли для условий изменяющегося уровня солнечной активности.

Стандарт предназначен для использования в расчетах радиационного воздействия протонов СКЛ на технические устройства, материалы и другие объекты в космическом пространстве.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 25645.105-84 Лучи космические солнечные. Термины и определения

ГОСТ 25645.302-83 Расчеты баллистические искусственных спутников Земли. Методика расчета индексов солнечной активности

3 Определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 солнечные космические лучи (СКЛ): Потоки заряженных частиц высоких энергий (более 5 МэВ/нуклон) солнечного происхождения.

3.2 число Вольфа: Относительное число солнечных пятен, определяемое ежесуточно (ГОСТ 25645.302).

3.3 уровень солнечной активности: Среднегодовое или среднемесячное число Вольфа.

3.4 прогнозируемый уровень солнечной активности: Уровень солнечной активности, прогнозируемый от 4 месяцев до 11 лет вперед (по ГОСТ 25645.302).

3.5 солнечное протонное событие (СПС): По ГОСТ 25645.105.

3.6 флюенс протонов: Полное количество протонов, падающих на сферу с сечением площадью 1 см.

3.7 пиковый поток протонов: Максимальное количество протонов, падающее в единицу времени в единице телесного угла на единичную площадку, перпендикулярную направлению наблюдения (в одном или нескольких событиях СКЛ, произошедших за определенный промежуток времени).

3.8 дифференциальный энергетический спектр флюенса протонов: Дифференциальное распределение флюенса протонов по энергии.

3.9 дифференциальный энергетический спектр пикового потока протонов: Дифференциальное распределение пикового потока протонов СКЛ по энергии.

3.10 вероятность флюенса: Вероятность, с которой флюенс протонов превышает заданное значение.

3.11 вероятность пикового потока: Вероятность, с которой пиковый поток протонов превышает заданное значение.

4 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применяют следующие сокращения и обозначения:

- среднегодовой уровень солнечной активности;

- среднемесячный уровень солнечной активности;

- флюенс протонов, см;

(30) или - значение события СКЛ;

- дифференциальный энергетический спектр флюенса протонов, (см·МэВ);

- пиковый поток протонов, см·cp·c;

- дифференциальный энергетический спектр (пикового) потока протонов, (см·ср·с·МэВ) ;

- жесткость протона, MB;

- энергия покоя протона, равная 938 МэВ;

- спектральный коэффициент дифференциального энергетического спектра протонов;

- спектральный индекс дифференциального энергетического спектра протонов;

- индекс завала спектра дифференциального энергетического спектра протонов;

- ожидаемое в среднем количество событий СКЛ 10 см;

- вероятность флюенса или пикового потока протонов превышать заданное значение;

- относительная скорость света;

- кинетическая энергия протона, МэВ.

5 Основные положения

5.1 Модель устанавливает в виде дифференциальных энергетических спектров значение флюенсов и пиковых потоков протонов, превышение которых в условиях заданного уровня солнечной активности на временном интервале ожидается с заданной вероятностью .

5.2 Дифференциальные энергетические спектры флюенсов [] или пиковых потоков [] протонов [обобщенно ] задают в форме степенных функций жесткости протонов :

, (1)

где - спектральный индекс, при 30 МэВ постоянен и равен ,

а при 30 МэВ вычисляют по формуле

(2)

- жесткость протонов, вычисляют по формуле

, (3)

где - кинетическая энергия протона, МэВ;

- энергия покоя протона, равная 938 МэВ;

239 MB, соответствует энергии протона 30 МэВ;

- относительная скорость протона, которую вычисляют по формуле

. (4)

5.3 Энергетические спектры (1) определяют, используя три параметра:

- спектральный коэффициент;

- спектральный индекс;

- индекс завала спектра.

Каждый из параметров является функцией двух параметров модели - среднего ожидаемого числа событий СКЛ и вероятности .

5.4 К параметрам модели относятся:

- вероятность превышения флюенса или пикового потока протонов энергии , задаваемого дифференциальным энергетическим спектром (1);

- среднее ожидаемое число событий СКЛ 10 см -.

5.5 Среднее ожидаемое число событий СКЛ 10 см - вычисляют по формулам:

при продолжительности периода времени (длительность полета) 1 год и равной месяцам

, (5)

где - среднемесячные (прогнозируемые) числа солнечных пятен,

при длительности полета 1 год и

, (6)

где - среднегодовые (прогнозируемые) числа солнечных пятен, а отсчет года начинают от момента начала интервала времени (начала полета).

5.6 Среднегодовые и среднемесячные числа солнечных пятен вычисляют по ГОСТ 25645.302-83.

5.7 Значения параметров дифференциальных энергетических спектров для флюенсов и пиковых потоков протонов и для набора наиболее часто встречающихся на практике параметров модели - вероятности , равной 0,9; 0,842; 0,5; 0,158; 0,1; 0,05; 0,0316; 0,01 и ожидаемых в среднем количеств событий , равных 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, приведены в таблицах А.1-А.6 (приложение А). Параметры энергетических спектров для промежуточных значений параметров модели вычисляют по табличным данным методами интерполяции.

5.8 Подробная методика расчета флюенсов и пиковых потоков протонов, которая может быть использована для определения как дифференциальных энергетических спектров, так и промежуточных величин, необходимых для проведения некоторых специальных расчетов, приведена в приложении Б.

6 Точность метода

6.1 Точность метода характеризуется относительной погрешностью определения значений флюенсов и пиковых потоков, обусловленной ограниченной статистической точностью накопившихся к настоящему времени экспериментальных данных (таблицы B.1 и В.2).

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное). Таблицы параметров для расчета энергетических спектров флюенсов и пиковых потоков протонов

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)

Таблица А.1 - Коэффициенты дифференциального энергетического спектра флюенсов протонов

	, см, при интегральной вероятности
	0,9	0,842	0,5	0,158	0,1	0,05	0,0316	0,010
1	-	-	0,676Е+04	0,134Е+06	0,336Е+06	0,103Е+07	0,196Е+07	0,781Е+07
2	-	-	0,384Е+05	0,505Е+06	0,104Е+07	0,277Е+07	0,501Е+07	0,153Е+08
4	0,149E+05	0,260Е+05	0,175Е+06	0,156Е+07	0,307Е+07	0,696Е+07	0,111Е+08	0,262Е+08
8	0,931Е+05	0,144Е+06	0,727Е+06	0,445Е+07	0,761Е+07	0,147Е+08	0,207Е+08	0,397Е+08
16	0,450Е+06	0,644Е+06	0,240Е+07	0,103Е+08	0,164Е+08	0,265Е+08	0,340Е+08	0,558Е+08
32	0,186E+07	0,248Е+07	0,704Е+07	0,221Е+08	0,298Е+08	0,429Е+08	0,523Е+08	0,773Е+08
64	0,648Е+07	0,810Е+07	0,185Е+08	0,421Е+08	0,520Е+08	0,686Е+08	0,794Е+08	0,109Е+09
128	0,198Е+08	0,236Е+08	0,435Е+08	0,771Е+08	0,905Е+08	0,111Е+09	0,123Е+09	0,153Е+09
256	0,539Е+08	0,616Е+08	0,938Е+08	0,141Е+09	0,157Е+09	0,179Е+09	0,195Е+09	0,225Е+09
512	0,135Е+09	0,147Е+09	0,195Е+09	0,257Е+09	0,276Е+09	0,300Е+09	0,318Е+09	0,345Е+09

Таблица А.2 - Индексы дифференциального энергетического спектра флюенсов протонов

	при интегральной вероятности
	0,9	0,842	0,5	0,158	0,1	0,05	0,0316	0,010
1	-	-	6,41	5,18	4,86	4,48	4,29	4,12
2	-	-	5,64	4,74	4,50	4,30	4,19	4,03
4	6,15	5,91	5,19	4,46	4,29	4,19	4,11	3,94
8	5,60	5,46	4,81	4,28	4,18	4,10	4,02	3,86
16	5,19	5,05	4,52	4,18	4,11	4,02	3,95	3,79
32	4,83	4,70	4,36	4,13	4,04	3,95	3,88	3,73
64	4,56	4,48	4,27	4,05	3,98	3,90	3,84	3,69
128	4,41	4,37	4,20	4,01	3,95	3,87	3,81	3,67
256	4,31	4,28	4,14	3,99	3,93	3,85	3,81	3,67
512	4,24	4,21	4,10	3,96	3,91	3,84	3,81	3,68

Таблица А.3 - Индексы завала дифференциального энергетического спектра флюенсов протонов

	при интегральной вероятности
	0,9	0,842	0,5	0,158	0,1	0,05	0,0316	0,010
1	-	-	0,168	0,055	0,050	0,049	0,054	0,078
2	-	-	0,076	0,048	0,048	0,057	0,071	0,089
4	0,122	0,085	0,062	0,049	0,059	0,074	0,085	0,086
8	0,077	0,069	0,050	0,062	0,072	0,084	0,084	0,069
16	0,058	0,053	0,048	0,067	0,070	0,081	0,076	0,052
32	0,048	0,046	0,050	0,064	0,065	0,066	0,059	0,032
64	0,045	0,046	0,057	0,064	0,060	0,054	0,046	0,019
128	0,049	0,052	0,059	0,056	0,052	0,042	0,034	0,009
256	0,053	0,055	0,056	0,049	0,043	0,032	0,025	0,004
512	0,055	0,056	0,053	0,043	0,036	0,025	0,017	0,000

Таблица А.4 - Коэффициенты дифференциального энергетического спектра пиковых потоков протонов

	, (см·ср·с·МэВ), при интегральной вероятности
	0,9	0,842	0,5	0,158	0,1	0,05	0,0316	0,010
1	-	-	0,0014	0,056	0,170	0,750	1,66	8,4
2	-	-	0,0106	0,261	0,706	2,35	4,75	20,8
4	0,00257	0,0041	0,0561	1	2,27	6,65	12	39,6
8	0,0159	0,0237	0,258	3,24	6,75	16,7	26,8	77,5
16	0,0866	0,123	1	8,56	15,9	32,7	50,6	126
32	0,389	0,537	3,27	19,9	32,9	63,4	89,9	215
64	1,48	1,94	8,86	40	60,3	104	145	300
128	4,33	5,45	20,6	70,3	102	171	227	425
256	11,3	13,8	41	116	169	264	332	540
512	26,8	31,5	73,6	191	252	370	446	702

Таблица А.5 - Индексы дифференциального энергетического спектра пиковых потоков протонов

	при интегральной вероятности
	0,9	0,842	0,5	0,158	0,1	0,05	0,0316	0,010
1	6,779	6,581	6,434	5,09	4,765	4,413	4,247	4,06
2	8,071	6,976	5,548	4,672	4,433	4,23	4,134	3,98
4	6,065	5,872	5,083	4,348	4,24	4,131	4,05	3,889
8	5,415	5,306	4,664	4,219	4,129	4,041	3,956	3,814
16	4,943	4,841	4,369	4,11	4,052	3,961	3,9	3,765
32	4,567	4,491	4,195	4,02	3,948	3,883	3,822	3,72
64	4,296	4,262	4,107	3,935	3,87	3,81	3,756	3,649