در این مقاله با استفاده از کُد شبیه سازی CRPropa3. 0 به بررسی طیف ذرات ثانویه تولید شده در اندرکنش پرتوهای کیهانی بغایت پر انرژی، با فوتون های پس زمینه می پردازیم. اندرکنش ها برای اولیه های آهن و پروتون، و در محدوده انرژی 1018 تا eV 1021 بررسی شده اند. تاثیر تغییر انرژی ذرات اولیه، و شاخص طیفی منبع بر روی طیف فوتون ها و الکترون های ثانویه تولید شده توسط پرتوهای اولیه آهن و پروتون، در اندرکنش های تولید فوتوپایون، واپاشی بتا و تولید زوج، مورد بررسی قرار گرفت. همچنین سهم هریک اندرکنش ها از انرژی کل پرتوهای اولیه با تغییر این کمیت ها بررسی شد. . مشاهده شد که در اولیه های آهن تعداد و میانگین انرژی ذرات ثانویه تولید شده در فوتوپایون، از ثانویه های پروتون کمتر است ولی ذرات حاصل از واپاشی بتا و تولید زوج در اولیه های آهن بیشتر است. برای هر دو اولیه، با کاهش کمینه انرژی ذرات اولیه، سهم اندرکنش های تولید پایون و واپاشی بتا از انرژی کل پرتوهای اولیه کاهش می یابد ولی سهم تولید زوج افزایش می یابد. همچنین با افزایش شاخص طیفی، به دلیل کاهش شدید ذرات پرانرژی اولیه طیف ذرات حاصل از تمام اندرکنش ها و همچنین سهم انرژی همه آنها از انرژی کل اولیه، کاهش می یابد.

با در نظر گرفتن طیف انرژی پرتوهای کیهانی مشاهده شده در زمین و با استفاده از یک مدل انتقالی (انتشاری) این ذرات در کهکشان، حداقل کل انرژی لازم جهت تولید چنین ذراتی از انفجاری در مرکز کهکشان مورد مطالعه قرار می گیرد. این مطالعه با فرض معادله ای برای زمان فرار ذرات از کهکشان و نیز رابطه ای مفروض برای ضریب پخش آنها صورت می گیرد. محاسبات نشان می دهد که ناحیه مرکزی یعنی با انرژی ترین قسمت کهکشان، نمی تواند منشا همه ذرات کیهانی در گستره وسیع انرژی آنها باشد. اما مرکز کهکشان حداقل انرژی لازم در گسترده انرژی 1015 تا 1018 الکترون ولت را دارد. طیف انرژی برای این گستره انرژی برای این گستره انرژی به صورت BE-2/9 cm s-1 sr-1 eV-1 پیشنهاد می شود.

در گستره انرژی 1019 تا بیش از 1020 الکترون ولت از بهمن های هوایی گسترده، نسبت میون ها به الکترون ها و میانه زاویه سمت الراسی آنها محاسبه و نتیجه محاسبات با کار شبیه سازی کاپه دویله Capdevielle)) و همکاران مقایسه شده است. نتایج برای ترکیب ذرات اولیه کیهانی تا انرژی 7x1019 الکترون ولت، همخوانی خوبی را با اولیه های پروتون نشان می دهد. در انرژی های بالاتر، بیش از حد معروف به قطع GZK، افزایش قابل ملاحظه ای در اولیه های گاماهای کیهانی محاسبه می شود. ضمنا توزیع فراوانی بهمن های هوایی با انرژی بیش از 7x1019 الکترون ولت، تمرکز افزایشی را به سمت سطح ابر کهکشانی نشان می دهد.

در این کار تحقیقی تبدیل کردن هدف الکترونهای پرانرژی به پرتوهای ایکس ترمزی با بکارگیری کد محاسباتی EGS4 و طراحی برنامه کاربردی آن با توجه به هندسه واقعی دستگاه پرتودهی، طراحی و بهینه سازی شد. برای این منظور، ابتدا ضخامت لایه های هدف مشتمل بر لایه اصلی تبدیل کننده، لایه خنک کننده و لایه تحتانی تنظیم کننده طیف انرژی، با در نظر گرفتن شرایط مطلوب و عملی تعیین شد. بمنظور آزمون و تایید نتایج محاسباتی، توزیع دز در جهات مختلف بر روی سطح و درون مواد با استفاده از هدفهای موجود، اندازه گیری و با نتایج محاسباتی مقایسه شدند. نتایج حاکی از این بود که داده های محاسباتی و تجربی توافق کامل دارند.

در این پژوهش، اثرات پرتوهای کیهانی و پخش مغناطیسی، بر ناپایداری حرارتی در محیط میان ستاره ای، مورد بررسی قرار می گیرد. ما، اثرات دینامیکی و گرمایشی پرتوهای کیهانی بر چگالش حرارتی را، با فرض این که پرتوها در امتداد خطوط میدان مغناطیسی منتشر می شوند و پخش مغناطیسی نیز رخ می دهد، بررسی می کنیم. برای میدان مغناطیسی زمینه، دو حالت در نظر گرفته شده است: میدان ثابت و میدان بی نیرو. در دنبالة مطالعات پیشین، ما روش تحلیل اختلال خطی را برای بررسی ناپایداری حرارتی در محیط مورد استفاده قرار داده ایم. نتایج به دست آمده نشان می دهند که پرتوهای کیهانی نرخ رشد مدهای تراکمی مغناطو ـ حرارتی را کاهش، و نواحی پایداری را افزایش می دهند. با این حال، پخش مغناطیسی رفتاری دوگانه بروز می دهد که تابعی از شرایط است. منظور از رفتار دوگانه این است که پخش مغناطیسی، نواحی پایداری را به ازای موارد کمتر از مقداری مشخص، افزایش، و برای موارد بزرگتر از این مقدار کاهش می دهد. علاوه بر این، ما دریافتیم که از بابت اثرات دینامیکی، پخش مغناطیسی بر پرتوهای کیهانی غلبه دارد. در نهایت، نتایج ما دلالت بر وجود ناحیه هایی دارند که در آنها تکه تکه شدن ابرها به قپه ها و هسته ها تحت اثر تراکم مغناطو ـ حرارتی اتفاق می افتد.

آرایه البرز 1 شامل 20 آشکارساز سوسوزن هر یک با مساحت سطح m2 25/0 روی سطحی با مساحت m2 40×40 برای مطالعه بهمن های هوایی گسترده در حوالی زانوی طیف پرتوهای کیهانی در دانشگاه صنعتی شریف راه اندازی خواهد شد. برای پیدا کردن عملکرد این آرایه، تعداد زیادی بهمن هوایی با کد CORSIKA شبیه سازی شده است. در این مقاله، نتایج نظری به دست آمده از چیدمان های مختلف برای آرایه و شرط های راه اندازی مختلف توصیف می شود. با استفاده از شبیه سازی بهمن های هوایی نرخ رخدادهای آشکار شده در روز و تابع های احتمال راه اندازی، یعنی احتمال این که یک بهمن هوایی آرایه مورد نظر را راه اندازی کند را بر حسب فاصله هسته بهمن تا مرکز آرایه ارائه می دهیم. انرژی ذره اولیه مولد بهمن هوایی بالای TeV 1 و برای زاویه های سرسویی تا ° 60 است. همچنین تفکیک زاویه ای البرز 1 به دست آورده می شود. برای بررسی تجربی این آرایه، زیرآرایه البرز 1 شامل پنج آشکارساز سوسوزن با چیدمان پنج ضلعی منتظم، مشابه خوشه مرکزی آرایه البرز 1، از بهمن ماه سال 92 به مدت 14 ماه در طبقه چهارم دانشکده فیزیک دانشگاهصنعتی شریف داده گیری کرد. در این مقاله تابع توزیع زاویه سرسویی بهمن های هوایی گسترده که توسط این زیرآرایه ثبت شده اند نیز ارائه می شود

یکی از روش های متدوال در مطالعة بهمن های گستردة هوایی ناشی از پرتوهای کیهانی در سطح زمین استفاده از آرایه های آشکارساز سوسوزن است. ابعاد آرایه و فاصلة آشکارسازها از جمله پارامترهایی هستند که در تعیین بازة انرژی قابل آشکارسازی توسط آن آرایه، از اهمیت برخوردارند. علاوه براین، هندسة آرایه در تعیین فاصلة بهینه Ropt، یعنی فاصله ای از محور بهمن که در آنجا عدم قطعیت در تعیین چگالی عرضی ذرات ثانویه کمینه است نقش مهمی دارد. در کار حاضر وابستگیRopt به هندسه آرایه و مشخصات پرتوهای کیهانی اولیه برای آرایه البرز-1 مورد مطالعه قرار گرفته است. در کار حاضر نشان داده شده است که Ropt به مشخصات پرتو اولیه یعنی جرم، انرژی و زاویه ورود این ذرات بستگی ندارد و می توان آن را مستقل از خصوصیات ذرة اولیه در نظرگرفت. از طرفی Ropt به شکل هندسی آرایه و مخصوصاً فاصله آشکارسازها وابسته است. بررسی های انجام گرفته در کار حاضر نشان می دهد که شکل چیدمان و ابعاد آرایة خوشه ای مناسب ترین چیدمان برای بازه انرژی قابل رصد توسط آرایة البرز-1 (eV1015) است و فاصلة بهینه برای این چیدمان، برابربا m1± 9 به دست آمده است.

میزان پرتوهای کیهانی بسته به عوامل مختلف از جمله ارتفاع از سطح دریا، طول و عرض جغرافیایی محل اندازه گیری تغییر می کند. در این پژوهش، میزان پرتوگیری کارکنان پرواز در چند پرواز داخلی ایران در دو مرحله اندازه گیری شده است. در مرحله اول دزیمتر گاما برای ثبت آهنگ دز گاما و دزیمتر نوترون برای ثبت آهنگ دز نوترون در 6 پرواز رفت و برگشت در مسیرهای رشت – عسلویه، شیراز – عسلویه و شیراز – مشهد استفاده شد. دز گاما و نوترون در مسیر عسلویه – شیراز با کم ترین ارتفاع دالان پرواز (19000 پا)، به ترتیب 0.15 و 0.04 میکروسیورت اندازه گیری شد در حالی که این مقادیر در مسیر رشت – عسلویه با ارتفاع دالان پرواز 35000 پا به ترتیب برابر با 2.52 و 1.09 میکروسیورت تعیین گردید. در مرحله دوم، تعدادی از کارکنان پرواز به مدت یک سال به دزیمترهای ترمولومینسانس و دزیمترهای پلی کربنات برای اندازه گیری دز سالانه به ترتیب، گاما و نوترون مجهز گردید. از این طریق، گستره دز سالانه گامای کارکنان پرواز بین 0.5 تا 1.16 با میانگین 0.9 میلی سیورت در سال و گستره دز سالانه نوترون این افراد بین 0.37 تا 0.77 با میانگین 0.61 میلی سیورت در سال اندازه گیری شد. نتایج این پژوهش با نتایج پژوهش های پیشین انجام شده در دیگر کشورها قابل مقایسه می باشد، به عنوان مثال، دز سالانه کارکنان پرواز در کشور انگلستان در حدود 2 میلی سیورت گزارش شده است و در کشور کانادا بسته به شرایط پرواز (ارتفاع، طول و عرض جغرافیایی مبدا و مقصد پرواز و ...) پرتوگیری سالانه بین 1 تا 5 میلی سیورت تخمین زده شده است.