Kosmische Stralen Detectie

Kosmische Stralen Detectie
NAHSA
Overzicht
•
•
•
•
•
Wat is kosmische straling?
Waarom willen we dit meten?
Waar ontstaat kosmische straling ?
Wat kan je op aarde meten ?
Waarom willen we dit graag met middelbare
scholen doen?
Kosmische Straling
Alle deeltjes die vanuit de ruimte op aarde neerkomen wordt
kosmische straling genoemd.
Kosmische straling bestaat vooral uit:
1) fotonen (licht)
2) protonen (waterstof atomen)
3) stabiele (zwaardere) kernen (C-N-O, Fe)
Kosmische Straling
Wij zijn geinteresseerd in metingen aan hoog energetische
kosmische straling. We willen graag weten:
• Hoe en waar ontstaat hoog energetische straling?
• Waarom kunnen we dit op aarde meten?
Mogelijke bronnen –Quasar
5 miljard
lichtjaar van ons
vandaan
Jet is 1 miljoen lichtjaar lang !
Mogelijke bronnen -AGN
Radio-emissie
infrarood
Mogelijke bronnen - pulsar
Roterende neutron ster
(Circinus op 19000 lichtjaar)
20 lichtjaar lang
Genereert 7 1015 V !
INTERMEZZO -AFSTANDEN
•
•
•
•
•
•
Straal aarde: 6.4 106 m
Afstand aarde-maan: 3.8 108 m
Grootte zonnestelsel: 6 1014 m
Grootte melkweg: 50 kpc = 1.5 1021m=1.6 105 LY
Grootte locale cluster: 1Mpc = 3 MLY
Grootte universum: 1010 LY = 3 Gpc
Kosmische Straling in de ruimte
Geladen kosmische straling wordt in de ruimte afgebogen door
magneetvelden en verliest richtinginformatie. Dit is niet het geval
voor fotonen.
Protonen ed reageren met de achtergrondstraling (fotonen, 3 K),
daardoor is de vrije weglengte van elementaire deeltjes met een
energie van 1020 eV niet meer dan 6 Mpc (locale cluster) (GZK
limiet).
Dus, er wordt verwacht dat er geen deeltjes van 1020 eV op aarde
komen
Kosmische straling op aarde
Straling botst op de atmosfeer en secundaire deeltjes komen
vrij. Deze reageren opnieuw, en zo ontstaat een hele lawine
van deeltjes.
Kosmische straling op aarde
Straling botst op de atmosfeer en secundaire deeltjes komen
vrij. Deze reageren opnieuw, en zo ontstaat een hele lawine
van deeltjes.
Afhankelijk van de energie begint deze lawine op ongeveer
40 kilometer hoogte. Op ongeveer 10 km hoogte is het
aantal deeltjes maximaal. Op aarde zijn alleen secundaire
deeltjes over (muonen, electronen, fotonen)
Gemeten Spectrum
Air shower detector -AGASA
Deze detector bestaat uit
110 stations over een
oppervlak van 100 km2
Dit is een van de detectoren
waarmee de hoogst
energetische straling is
gemeten
AGASA –Detector station
Agasa -Spectrum
AGASA heeft 8 events
gezien met een energie
van meer dan 1020 eV
Hoogst energetisch event,
laat deeltjes achter op een
gebied van 15 km2
Onze Detector –NAHSA
Pilot-run: 2 middelbare
scholen + universiteit.
Volledige detector: Alle
middelbare scholen in
Nijmegen (10)
Uitbreiding: Meerdere
stations (28)
Bepaling van de deeltjes
dichtheid
Met twee detectoren meten we
hoeveel deeltjes er per 0.5 m2 op
aarde terecht komen.
Twee detectoren zijn noodzakelijk
om laag energetische kosmische
straling niet mee te nemen
Detector setup
Simulatie
• We simuleren straling over een gebied
van 150 km2
• De uitgestrektheid van de shower
komt overeen met de metingen van
AGASA
Detector response
Hoeveelheid verwachtte data
–
–
–
–
Energie > 1016 eV
Energie > 1017 eV
Energie > 1018 eV
Energie > 1019 eV
5.2 events/dag
3.9 events/dag
0.5 events/dag
0.025 events/dag
Flux
Standaard setup
Uitgebreide setup
Detector uitlezing
Indien er een geladen deeltje door de scintillator gaat, ontstaat er
een lichtflitsje.
Dit lichtflitsje wordt door een photomultiplier omgezet in een
electrisch signaal
Dit signaal wordt vervolgens vergeleken met een drempelwaarde,
en naar de computer doorgestuurd
Vanuit de lokale computer wordt de informatie via het internet naar
de universiteit doorgestuurd
Aandachtspunten detector
• Detector MOET op het dak, dwz er mag
geen obstructie zijn
• Er moet hoogspanning (lokaal gemaakt…),
signaal kabels en mogelijk netspanning naar
de detector toe
• De detector moet toegankelijk zijn voor
eventueel reparatie werk
Aandachtspunten dataverwerking
• De uitlezing gaat via het internet naar de
universiteit. De hoeveelheid data moet niet
te groot zijn
• Gegevens van verschillende detectoren
kunnen op iedere school zichtbaar gemaakt
worden, we streven naar ‘real time’, dus
snel na datanemen zijn verwerkte gegevens
zichtbaar
Waarom scholen?
• Goede infrastructuur is aanwezig
• Mankracht voor onderhoud/signaleren
problemen
• Outreach: leerlingen laten zien wat
wetenschappelijk onderzoek is
• Leerlingen actief mee laten doen in de vorm
van projecten
Mogelijke leerling projecten
• Werking detectorstation (met hulp vanuit de
universiteit)
• Kosmische straling (literatuur onderzoek)
• Het internet (literatuur/praktisch)
• Tijd en positiebepaling: GPS
(literatuur/praktisch)
Mogelijke leerling projecten
• Kombinatie van metingen van stations. Wie
was het meest efficient? Wat was de hoogst
gemeten energie? (met hulp uit universiteit)
• Bepaling levensduur muon (hiervoor moet
detectorstation tijdelijk veranderd worden)
• Afhankelijkheid atmosferische toestand
• …….