'

Регистрация космических лучей на поверхности Земли. Изучение широких атмосферных ливней

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Регистрация космических лучей на поверхности Земли. Изучение широких атмосферных ливней Школьный проект Часть 1


Слайд 1

Инициаторы Янсон Эдуард Евгеньевич (МИФИ) тел 8 916 985 2701 mail yanson-edu@yandex.ru Богданов Алексей Георгиевич (МИФИ) тел mail alekb@rambler.ru


Слайд 2

Космические лучи Космические лучи – обычные элементарные частицы и ядра атомов, образовавшиеся и ускоренные до высоких энергий в глубинах Вселенной. Космические лучи были открыты в 1912 г. австрийским физиком Виктором Гессом. С тех пор было сделано много открытий, связанных с космическим излучением, но остаётся ещё и немало загадок. Физика космических лучей изучает: процессы, приводящие к возникновению и ускорению космических лучей; частицы космических лучей, их природу и свойства; явления, вызванные частицами космических лучей в космическом пространстве, атмосфере Земли и планет.


Слайд 3


Слайд 4

Широкие атмосферные ливни В результате взаимодействия с ядрами атомов атмосферы первичные космические лучи (в основном протоны) создают большое число вторичных частиц – пионов, протонов, нейтронов, мюонов, электронов, позитронов и фотонов. Эти частицы распадаются или, в свою очередь, взаимодействуют, образуя другие частицы. Таким образом возникает каскад из большого числа вторичных частиц, который называется широким атмосферным ливнем. Ливни частиц были открыты в 1938 г. французским физиком Пьером Оже Существуют достаточно простые “виртуальные” и экспериментальные инструменты для изучения частиц космических лучей.


Слайд 5


Слайд 6


Слайд 7

Подобные проекты Сейчас во многих странах быстро развиваются сети детекторов для регистрации частиц космических лучей с привлечением школьников и учителей.


Слайд 8

North American Large area Time coincidence Arrays http://csr.phys.ualberta.ca/nalta/ CHICOS – California High school Cosmic ray ObServatory. Детекторы космических лучей около Chaminade Middle School. Коллаборация групп экспериментаторов из Канады и США, занимающихся исследованиями в области физики космических лучей высоких энергий


Слайд 9

SEASA - Stockholm Educational Air Shower Array http://www.particle.kth.se/SEASA/ Детекторы космических лучей на крыше AlbaNova University Centre, Швеция, Стокгольм Сцинтилляционные детекторы HiSPARC, Нидерланды http://www.hisparc.nl/


Слайд 10

Berkeley Lab Cosmic Ray Detector $1500-2700


Слайд 11

Российские проекты? Научно-образовательнй космический проект Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова “МГУ-250” приурочен к его 250-летию. Его основная задача – научная и образовательная деятельность на основе экспериментальных данных с малых космических аппаратов (http://cosmos.msu.ru/) интернет-проект “Ливни знаний” ОИЯИ, Дубна http://livni.jinr.ru/index.php


Слайд 12

Сцинтилляционный детектор для регистрации широких атмосферных ливней Школьный проект Часть 2


Слайд 13

Принцип работы сцинтилляционного детектора Частица космического излучения (мюон или электрон), попадая в сцинтиллятор, возбуждает атомы вещ-ва. Данное возбуждение сбрасывается путем испускания фотона. Сцинтилляционные фотоны дошедшие до переизлучателя инициируют испускание переизлученных фотонов, которые , распространяясь по переизлучателю, достигают окна светочуствительного элемента – ФЭУ. ФЭУ сцинтиллятор переизлучатель ФЭУ – фотоэлектронный умножитель. Это прибор для регистрации фотонов. Если на входное окно попадает фотон (лучше сотня фотонов), то на выходе появляется электрический импульс.


Слайд 14

Схема сцинтилляционной сборки детектора 8 секторов из сцинтилляционного пластика 8 зафиксированных между секторами переизлучателей Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) располагается в центре сборки ФЭУ


Слайд 15

Сцинтилляционная сборка


Слайд 16

Сцинтилляционная сборка Цетральная часть Центральное расположение ФЭУ позволяет получить достойные характеристики детектора.


Слайд 17

Переизлучатели


Слайд 18

Ливневой детектор Сцинтилляционная сборка 1 кв.м. Толщина пластика 20 мм. Используются световоды-переизлучатели. Электроника детектора состоит : блок связи с центральной машиной; преобразователя заряд > цифра; преобразователя время > цифра. Система термостабилизации. Вес детектора ~ 70 кг. Может располагаться на земле или на крыше здания.


Слайд 19

Схема светосбора Shifter turns light and directs it exactly to photocathode PMT = 30 mm


Слайд 20

Система температурной стабилизации Система термостабилизации обеспечивает постоянную температуру внутри детектора вне зависимости от времени года или перепадов температуры день - ночь. Т.е. температурный фактор не влияет на точность измерений детектора (амплитуда сигнала, момент срабатывания). Система термостабилизации состоит из: Термоизоляционный бокс из пенопласта. Два термодатчика. Управляемый нагреватель.


Слайд 21

Термоизоляционный бокс Жесткий пенопласт Толщина стенок ~ 7 см


Слайд 22

Термобокс в сборе Здесь холодный воздух нагревается и прокачивается обратно в детектор Термотрубка для холодного воздуха Термотрубка для горячего воздуха


Слайд 23

Термостабилизация в действии. 14 15 5 - 7 min Температура в детекторе и температура на улице


Слайд 24

Электроника детектора Собственная электроника детектора обеспечивает: Регистрацию частиц космического излучения; Мониторинг температуры в детекторе; Калибровку измерительной части. Электроника детектора состоит из блоков: Контроллер (microcontroller 8051); Преобразователь заряд > цифра (12-bit QDC); Преобразователь время > цифра (12-bit TDC); Термодатчик; Система калибровки; Высоковольтный преобразователь (для ФЭУ); Триггер первого уровня; Коммуникационная система (CAN-open стандарт).


Слайд 25

Электроника детектора


Слайд 26

Детектор на улице Внешний корпус – 0.7 мм оцинковка Коммуникационный кабель Детектор может работать на расстоянии до 1 км от центрального компьютера


Слайд 27

Методика регистрации ШАЛ Стандартная методика регистрации Широких Атмосферных Ливней (ШАЛ) предполагает систему ливневых детекторов включенных в схему совпадений, т.е. одновременно сработавшие детекторы свидетельствуют о наличии ШАЛ.


Слайд 28

Школьный проект. Вариант 1 Школа имеет полный доступ к установке и настройкам детекторов через Интернет. На мониторах учеников отображается такая же информация, что и на центральной машине ливневой установи. Можно выполнять исследовательские работы. Ливневая установка расположена в институте (например в МИФИ) Интернет


Слайд 29

Школьный проект. Вариант 2 Ливневая установка расположена в школе. Можно выполнять исследовательские работы. Инженеры проекта имеют полный контроль над установкой. Интернет При необходимости, выезжают на ремонт или обслуживание установки МИФИ


Слайд 30

Коммуникации Электроника детектора Центральная часть электроники Кабель, соединяющий Детектор и центральный компьютер QDC TDC LED HV Thresh 220 V Центральный компьютер Схема совпадений Обычная розетка Витая пара ( CAN ) подтверждение запрос


Слайд 31

Центральная часть электроники ливневой установки Одна такая стойка позволяет обслуживать до 48 детекторов. Схема совпадений FreeDOS Центральный компьютер. WinXP


Слайд 32

Данные с детектора (калибровка) Как одно из заданий для школьников. Спектр сигналов с детектора при регистрации одиночных мюонов космических лучей


Слайд 33

Школьный проект Часть 3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Что (собственно) предлагается для реализации (и в процессе реализации) школьного проекта по изучению широких атмосферных ливней


Слайд 34

Где размещать? 1. Установка вариант 1 (от 500 тыс руб в год) Детекторы нааходятся в МИФИ (или др точке). Вся исследовательская (школьниками) работа осуществляется через Интернет. Ученики получают доступ к настройкам детекторов установки, к файлам выходных данных и данным мониторинга. 2. Установка вариант 2 (минимум 2 млн рублей) Детекторы в ДАННОЙ школе; школьники могут получить полный доступ к настройкам ливневой установки, но при этом установка контролируется (через интернет) инженерами проекта. Размещение детекторов проводится по согласованию со школьной администрацией, пожарной охраной и прочими службами. Возможные варианты размещения: На крыше школы; На территории; В помещении.


Слайд 35

Учебный процесс 3. План занятий Лекции по физике космических лучей (частиц) (3 – 10 часов за учебный год) (проводят инженеры проекта); Лекции об устройстве детектора (упрощенная модель) (3 – 10 часов за учебный год) (проводят инженеры проекта); Лабораторные работы (ученики + инженеры проекта) Самостоятельные работы (ученики) (рефераты, доклады …..) Практическая работа (например: домики для детекторов)


Слайд 36

Интерес 4. Источники финансирования Надо писать заявки в различные фонды или организации. Это могут быть только по направлению ”ОБРАЗОВАНИЕ” или совместные. Техническую часть заявки пишут инженеры проекта, а остальные главы пишутся совместно. 5. Прибыли школы Приобретение школьниками новых знаний и умений Повышение квалификации учителей Дополнительный источник финансирования школы Авторитет школы Отчетный материал Участие в конференциях Поскольку подобные проекты существуют только за границей и эти зарубежные коллективы готовы к сотрудничеству – можно наладить контакты (обмен информацией, опытом). Возможен прием иностранных школьников здесь, и поездки наших школьников и учителей за границу. 6. Прибыли исполнителей (инженеров-физиков) Данный проект рассматривается как пилотный и , в случае его успешного проведения, предполагается глобальное расширение детекторной базы, что позволит получить интересные научные результаты. Дополнительный источник финансирования


Слайд 37

Участники 7. Исполнители (инициаторы) Янсон Э.Е. (МИФИ) Богданов А.Г. (МИФИ) 8. Соисполнители Другие сотрудники МИФИ ИФВЭ (Институт Физики Высоких Энергий) (Серпухов) ГСПИ (Государственный Специализированный Проектный Институт) Университет ”Дубна”


×

HTML:





Ссылка: