Pomiary promieniowania kosmicznego najwyższych energii przy … › sites › default › files ›...

Pomiary promieniowania kosmicznego najwyższych energii

przy pomocy detektoroacutew EUSO

Zbigniew Plebaniak

Zakład Astrofizyki - BP4Pracownia Fizyki Promieniowania Kosmicznego

w Łodzi

Zbigniew Plebaniak Seminarium zdawczo-odbiorcze NCBJ BP4 wierk dn 09012018Ś

2

Pracownia Fizyki Promieniowania Kosmicznego w Łodzi

Fizyka promieniowania kosmicznegobull Prace eksperymentalne głoacutewnie eksperymenty EUSObull Modelowaniesymulacje rozwoju Wielkich Pękoacutew

Atmosferycznych

Badanie rozbłyskoacutew gammabull Eksperyment satelitarny POLAR

Pomiary małych strumieni neutronoacutewbull Trzyletni projekt INTERREG BSUIN 200 000 euro


3

Problemy fizyki promieniowania kosmicznego

jakie s najwy sze ą żenergie efekt GZK skład masowy fizyczneastrofizyczne

mechanizmy przy pieszaniaś czy istniej ąastrofizyczne roacutedła ź

potrzebna wi ksza ęstatystyka i dokładno ść

pomiaru


4

Wspoacutełpraca JEM-EUSO

Polska od 2008 roku nowa metodapomiarupromieniowaniakosmicznego bdquoz goacuteryrdquo

aktywnie uczestniczymyw budowie aparaturypomiarowej ndash zasilaczewysokiego napięcia

PI grupy polskiej jest drJacek Szabelski

Japanese Experimental Module ndash Extreme Universe Space Observatory

16 krajoacutew 83 instytucje gt300 naukowcoacutewW ciągu 5 lat trawania misji pomiar ponad 1000 pękoacutew

o energiach gt 5x1019 eVZbigniew Plebaniak Seminarium zdawczo-odbiorcze NCBJ BP4 wierk dn 09012018Ś

5

Program EUSO

2013 ndash EUSO-Balloon od 2014 ndash EUSO-TA 2016 ndash TUS 2017 ndash EUSO-SPB 2018 ndash Mini-EUSO 2020 ndash K-EUSO 2020 ndash EUSO-SPB2 gt2025 POEMMA

Moduł Detektora

2304 piksele

36 fotopowielaczy


6

Zasilacz wysokiego napięcia do detektoroacutew EUSO - komora proacuteżniowo-termiczna

Wykonaliśmy w NCBJ w Łodzi układy wysokiego napięciadla wszystkich eksperymentoacutew rodziny EUSODotychczas korzystaliśmy z wynikoacutew testoacutew termincznychi proacuteżniowych robionych w APC w Paryżu

Wpływ warunkoacutew kosmicznych na elektronikę1) proacuteżnia

brak chłodzenia (możliwość przegrzania elementoacutew)selekcja elementoacutew o niskiej mocy

2) zmienna temperatura (-50 ordmC ndash +120 ordmC)problem stabilności wynikowych parametroacutewgraniczne warunki w niskich temperaturach (szczegoacutelnie dla układoacutew z ferytami)selekcja elementoacutew stabilnych

Dodatkowo w warunkach balonowych (stratosfera)ciśnienie ok 3-5 mbar (~35 km) powoduje przewodnictwoelektryczne dla ∆V powyżej ok 250 V (efekt Paschena)

Uruchamiamy zbudowaną w BP4 w Łodzi komoręproacuteżniowo-termiczną do testoacutew elektroniki kosmicznejminimalna proacuteżnia poniżej 4 μbara (310-3 mm Hg)minimalna temperatura ndash poniżej -30 ordmC


7

Układ zasilania wieloanodowych fotopowielaczy (EUSO)

Warunkijednostka detekcyjna (PDM) ma 36 fotopowielaczy 64 anodowych (2304 piksele)w każdym pikselu liczymy fotony (foto-elektrony) w przedziałach co 25 μs (GTU)system pozwala na zliczenia w zakresie 0 ndash ~100 w każdym pikselutło jest na poziomie 1-2 fotoelektronoacutewpiksel25 μs (8-16 μA PTM)sygnały WPA (Wielkich Pękoacutew Atmosferycznych) na poziomie do 8 p-epikselGTU

przez okres ok 30 μsinne sygnały do miliona p-epikselGTU przez okres ok ~100 ms

(błyskawice TLE meteory)

Wymagania pobierana moc lt 1 WPDM (aktualnie ok 66 W dla 100 PDMoacutew w dużym

teleskopie) dynamika pomiaru 0 ndash 1 mln p-e (dzięki szybkim przełącznikom HV) praca ciągła redundancja (9 generatorow HV 2 układy DC-DC) odporność na wstrząsy (wibracje i uderzenia ndash pyroshocks) mała masa (generator HV dla 4 PMT waży 186 g)


8

SPB-EUSO HVPS wykonany w NCBJ w Łodzi

DC-DC (135 cm x 75 cm)komunikacja separacja galwaniczna

9 x C-W (5cm x 5cm)generatoroacutew HVtypu Cockcroft-Walton+ szybkie przełączniki HV

Wykonaliśmy modyfikacje kodusterującego układem HVPSkroacutetko przed startem SPB-EUSO(formalnie zadanie innej grupy)


9

EUSO w roku 2017

EUSO-SPB ndash lot detektora na balonie stratosferycznym dookoła Antarktydy Mini-EUSO ndash końcowe testy i prace nad oprogramowaniem sterującym przed wysłaniem na Międzynarodową Stację Kosmiczną EUSO-TA ndash analiza danych i przygotowanie do automatyzacji pomiaroacutew EUSO-SPB2 ndash decyzja o realizacji drugiego lotu przy uzyciu balonu stratosferycznego symulacje poziomych WPA K-EUSO umowa pomiędzy Roskosmos a RKK Energia o budowe eksperymentu


10

EUSO-SPB ndash Kwiecień-Maj 2017

Pierwszy długi lot detektora EUSO na przy użyciu balonu stratosferycznegoStart 24 Kwietnia 2017 z miejscowości Wanaka w Nowej Zelandii

Cele misji pomiary promieniowania

kosmicznego o energiach gt 1019 eV pomiary t a UVł

badanie zjawisk atmosferycznych takich jak wy adowania TLE ł

meteoryty test działania aparatury w warunkach

zbliżonych do kosmicznych


11


L dowanie w Oceanie Spokojnym ok 300 km na po udniowy wschoacuted ą łod Wysp Wielkanocnych z powodu rozszczelnienia balonu

Podczas 12 dni lotu cała aparatura naukowa włączając w to zasilacze przygotowane w łoacutedzkiej pracowni NCBJ

działała bez zarzutu

NASA zdecydowała o realizacji kolejnego lotu z udziałem detektora EUSO

- EUSO-SPB2


12

EUSO-TA ndash poligon doświadczalny dla detektoroacutew EUSO

EUSO-SPB EUSO-TA

testowe pomiary i kalibracja detektoroacutew EUSO pomiary promieniowania

kosmicznego w koincydencji z eksperymentem Telescope Array obecnie dokonujemy automatyzacji

pomiaroacutew w celu zwiększenia czasu obserwacji

Black Rock Mesa at Telescope Array Site

Rysunek F Bisconti PoS ICRC2017 (463)

13

EUSO-TA ndash kalibracja detektoroacutew

Metoda odszumiania sygna u oparta na analizie łt a bdquow locierdquo w trakcie pomiaruł

Wyniki prezentowane podczas konferencji ICRC2017 w Busan w Korei Po udniowej pod łtytu em ł bdquoPoint Spread Function of EUSO-TA

detectorrdquo PoS (ICRC2017) 460

Trzyletni grant NCN z konkursu PRELUDIUM10 pt bdquoEksperyment EUSO-TA ndash kalibracja detektora i pomiary promieniowania kosmicznego najwyższych energii w koincydencji z eksperymentem Telescope Arrayrdquo

Uzyskane są częścią pracy bdquoEUSO-TA first results from an on-ground EUSO telescoperdquo wysłanej do Astroparticle

Physics

Rozwinięcie tej analizy ma pozwolić w roku 2018 na wykonywanie absolutnej kalibracji detektora EUSO w

oparciu o sygnały pochodzące od gwiazd Procentowy udział sygnału pochodzącego z

przykładowej gwiazdy w poszczegoacutelnych pikselach Zbigniew Plebaniak Seminarium zdawczo-odbiorcze NCBJ BP4 wierk dn 09012018Ś

14

EUSO-TA i EUSO-SPB2 ndash budowa zespołu do analizy danych

Dotychczasowe pomiary EUSO-TA Eksperyment EUSO-SPB - Maj 2015 - KwiecieńMaj 2017- Wrzesień 2015- Październik 2015- Listopad 2015- WrzesieńPaździernik 2016

Na początku roku 2017 rozpocząłem prace z czwoacuterką studentoacutew kierunku Fizyka Techniczna Politechniki Łoacutedzkiej w celu zbudowania zespołu do analizy danch z eksperymentoacutew EUSO Dotychczasowymi wymiernymi efektami tej wspoacutełpracy jest praca inżynierska p Karoliny Kroacutelik pt bdquoSymulacje częsctośći detekcji promieniowania Czereknowa w planowanych eksperymentach EUSO-SPB2 i POEMMArdquo ktoacutera zostanie ukończona w lutym br

Dotychczasowe wyniki pracy były prezentowane- na Seminarium Zakładu Astrofizyki w październiku 2017 r- na spotkaniu Wspoacutełpracy JEM-EUSO w Turynie w październiku 2017 r- w formie wideokonferencji na spotkaniu Wspoacutełpracy JEM-EUSO w Tokyo w grudniu 2017 r


15

Podsumowanie

Łoacutedzka Pracownia Fizyki Promieniowania Kosmicznego Zakładu Astrofizyki NCBJ uczestniczy we Wspoacutełpracy JEM-EUSO wykonując

specjalistyczne układy zasilania wysokim napięciem do wszystkich dotychczasowych i planowanych eksperymentoacutew EUSO

analizę zebranych danych pomiarowych

pomiary promieniowania kosmicznego najwyższych energii (głoacutewnie EUSO-TA)

symulacje komputerowe rozwoju Wielkich Pękoacutew Atmosferycznych (programy CORSIKA CONEX) z naciskiem na rozwoacutej modeli oddziaływań najwyższych energii(grant NCN z konkursu ETIUDA4 pt bdquoBadanie wpływu parametroacutew oddziaływań wielkich energii na rozwoacutej WPA i możliwości pomiarowe eksperymentu JEM-EUSOrdquo realizowany we wspoacutełpracy z prof JNCapdeviellem z instytutu APC w Paryżu)


Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

2

Pracownia Fizyki Promieniowania Kosmicznego w Łodzi

Fizyka promieniowania kosmicznegobull Prace eksperymentalne głoacutewnie eksperymenty EUSObull Modelowaniesymulacje rozwoju Wielkich Pękoacutew

Atmosferycznych

Badanie rozbłyskoacutew gammabull Eksperyment satelitarny POLAR

Pomiary małych strumieni neutronoacutewbull Trzyletni projekt INTERREG BSUIN 200 000 euro


3





pomiaru


4








5

Program EUSO


Moduł Detektora

2304 piksele

36 fotopowielaczy


6









7








8






9

EUSO w roku 2017



10









11






- EUSO-SPB2


12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

3





pomiaru


4








5

Program EUSO


Moduł Detektora

2304 piksele

36 fotopowielaczy


6









7








8






9

EUSO w roku 2017



10









11






- EUSO-SPB2


12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

4








5

Program EUSO


Moduł Detektora

2304 piksele

36 fotopowielaczy


6









7








8






9

EUSO w roku 2017



10









11






- EUSO-SPB2


12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

5

Program EUSO


Moduł Detektora

2304 piksele

36 fotopowielaczy


6









7








8






9

EUSO w roku 2017



10









11






- EUSO-SPB2


12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

6









7








8






9

EUSO w roku 2017



10









11






- EUSO-SPB2


12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

7








8






9

EUSO w roku 2017



10









11






- EUSO-SPB2


12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

8






9

EUSO w roku 2017



10









11






- EUSO-SPB2


12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

9

EUSO w roku 2017



10









11






- EUSO-SPB2


12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

10









11






- EUSO-SPB2


12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

11






- EUSO-SPB2


12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

12


EUSO-SPB EUSO-TA






13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

13







Physics




14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

14






15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

15

Podsumowanie







Slide 1

Slide 2

Slide 3

Slide 4

Slide 5

Slide 6

Slide 7

Slide 8

Slide 9

Slide 10

Slide 11

Slide 12

Slide 13

Slide 14

Slide 15

Pomiary promieniowania kosmicznego najwyższych energii przy … › sites › default › files ›...

Documents

Transcript of Pomiary promieniowania kosmicznego najwyższych energii przy … › sites › default › files ›...