статус и проект широкоугольного гамма

Эксперимент Тунка: статус и проект
широкоугольного гамма-телескопа
Л.А.Кузьмичев (НИИЯФ МГУ)
От коллаборации Тунка
25.05.2012
«Зацепинские чтения»
Tunka Collaboration
S.F.Beregnev, S.N.Epimakhov, N.N. Kalmykov, N.I.KarpovE.E. Korosteleva, V.A. Kozhin, L.A. Kuzmichev,
M.I. Panasyuk, E.G.Popova, V.V. Prosin, A.A. Silaev, A.A. Silaev(ju), A.V. Skurikhin, L.G.Sveshnikova
I.V. Yashin,
Skobeltsyn Institute of Nucl. Phys. of Moscow State University, Moscow, Russia;
N.M. Budnev, A.V.Diajok , O.A. Chvalaev, O.A. Gress, A.V.Dyachok, E.N.Konstantinov, A.V.Korobchebko,
R.R. Mirgazov, L.V. Pan’kov, Yu.A. Semeney, A.V. Zagorodnikov
Institute of Applied Phys. of Irkutsk State University, Irkutsk, Russia;
B.K. Lubsandorzhiev, B.A. Shaibonov(ju) , N.B. Lubsandorzhiev
Institute for Nucl. Res. of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia;
V.S. Ptuskin
IZMIRAN, Troitsk, Moscow Region, Russia;
Ch. Spiering, R. Wischnewski
DESY-Zeuthen, Zeuthen, Germany;
A.Chiavassa
Dip. di Fisica Generale Universita' di Torino and INFN, Torino, Italy.
A.Haungs, F. Schroeder
Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
План доклада
1. Тукна-133 – статус весны 2012 года
2. Проект широкоугольного гамма-телескопа
Tunka-133 – 1 km2 “dense” EAS
Cherenkov light array
Energy threshold 1015 eV
Accuracy: core location ~ 10 m
energy resolution ~ 15%
 Xmax < 25 g∙cm-2
Tunka-133: 19 clusters,
7 detectors in each cluster
DAQ
center
Optical cable
Cluster
Electronic
box
PMT
EMI 9350
Ø 20 cm
4 channel FADC boards
200 MHz, 12 bit
Combined spectrum
E >1017 eV
1200 events
E>1018 eV
5 events
Mean depth of EAS maximum
2011
To the ultra-high energy!
Tunka-133,
addition of 6 distant
clusters
1 км
Восстановление ФПР по данным на больших
расстояниях
Q(R) = Q(300)·((R/300+1)/2)-b
A(R) = A(400)·((R/400+1)/2)-b
Примеры событий
Tns
T ns = (R+200/R0 )2 ×3.3 ns
Tunka : 2013
HiSCORE
Cross calibration of Cherenkov light and
fluorescent light methods.
Image detector from
TUS experiment
S= 2 -10 м2
Угол обзора
± 7 град
7-10 км
Широкоугольный ( ~1 стер) гаммателескоп Тунка- HiSCORE
c энергетическим порогом 20 -50 ТэВ
HiSCORE - Hundred Square-km Cosmic Origin Explorer
Проекты
1. CTA – 2017-18
2. HAWC -2014
3.LHAASO – 2017-18
Поиск ПэВатронов
Расстояние между детекторами 150 м
Коллаборация
НИИЯФ МГУ ( Москва)
НИИПФ ИГУ (Иркутск)
ИЯИ РАН (Москва)
ИЗМИРАН (Троицк)
ОИЯИ (Дубна)
НИЯУ МИФИ (Москва)
Гамбургский университет (Гамбург)
ДЭЗИ ( Берлин-Цойтен)
Пути понижения порога
Eth ~ ( Sdet. Twind . η)-1/2
1. Использование конусных светосборников - S ФЭУ в 4 раз
2. Аналоговое суммирование сигналов в одной станции S в n раз
3. Уменьшение T до 5-10 нс
4. Увеличение чувствительности ФЭУ к ультрафиолетовому свету - покрытие
шифтерами - в 1.5 -2 раза.
Эффективность регистрации гамма-квантов
( ≥ 3-х станций)
Θ =0 град
Θ = 25 град
Режекция фона от протонов
1. Угловое разрешение до 0.1 град
2. Глубина максимума и число
сработавших детекторов
Угловое разрешение
E = 25 TeV
Джиттер в 1 нс – 0.1 град ( база в 150 м)
для плоского фронта
Фронт – конусный – угол раствора
179 град – без определения оси
ливня точность около 1 град.
50 events or 5 RMS
123
4
5
1.5 km2 , 4 pmt per station
1.5 km2 , 16 pmt per statition
= 2 plus 1.5 10 4 m2 muon detectors
- 10 km2
- 100 km2
Основные задачи
Источники, которые мы как то можем видеть.
Красный цвет – есть ТэВ-ное излучение;
синий цвет -ожидаемое время наблюдения и число событий > 20 ТэВ для Hiscore
Name
R
12 Cygnus
0.58
13
DR4
1.5
14
HB21
0.8
15
DA 530
2.0
16
CTB104
1.5
17. Boomerang
18
Cassiope 3.4
19
0.7
20
1.6
21
CTB 1
1.6
22
CTA 1
1.4
23
Tycho
2.2
24
R5
1.20
25
3C58
2.6
26
HB3
2.2
27
HB9
0.8
28
S147
0.8
29
Crab
2.0
30
IC443
1.5
lon lat
Ra del
Tnabl
74.0 -8.5 20.8 30.7 Ver
100 h
78.2 2.1 20.4 40.4
89.0 4.7 20.8 50.7
93.3 6.9 20.9 55.4
93.7 -0.2 21.5 50.8
106.3 2.7 22.5 60.8
270
111.7 -2.1 23.4 58.8
300
114.3 0.3 23.6 61.9
116.5 1.1 23.9 63.2
116.9 0.2 24.0 62.5
119.5 10.2 0.1 72.8 Ver 4% 300
120.1 1.4 0.4 64.1 Ver
360
127.1 0.5 1.5 63.1
130.7 3.1 2.1 64.8
132.7 1.3 2.3 62.5
160.9 2.6 5.0 46.2
180.0 -1.7 5.7 28.0
184.6 -5.8 5.6 22.0 Ver
100 h
189.1 3.0 6.3 22.5 Mil
(N>20 TeV)
1000 соб.
500 cob
180 соб
500-800
120-180 соб.
5000 соб.
Спектр от
Тихо Браге
Поток вторичных фотонов в одной из модели с нарушением
Лоренц-инвариантности
Первые 5 станций осенью 2012 года
S=1.5 km2 , 60 станций, шаг 150 м , 240 ФЭУ (150 есть),
30 млн. руб 2012-2014 годы
Понижение порога
S = 1.5 km2, 60 станций по
16 ФЭУ, 1000 ФЭУ или (и)
система зеркал ( 20 ) с
площадью 2 м2
Стоимость 80 -120 млн.
руб
15000 м 2 сцинтилляционных
Детекторов ( 1% от полной
площади) - 2-5 мюонов от
25 ТэВ протонов
Стоимость 400-600 млн.руб
Увеличение
площади
S= 10 km2 , 225 станций ,
шаг 200 м, 1000 ФЭУ,
150 млн. руб
S=100 km2 , 2000 станций,
Шаг 200 м, по 1 ФЭУ в станции
450 млн.руб ( 11 млн евро)
Конструкция установки
Конуса и ФЭУ
Alanod-4300
А: Зависимость коэффициента отражения для материала конусов
от длины волны
Б: Зависимость эффективной площади от зенитного угла для различных
значений коэффициента отражения.
Фотоумножитель
1. R5912 (Hamamatsu)
2. 9352 KB (Electron Tube)
6 динодов
Диноды из CuBe
Цена 1300 евро, 1000 ФЭУ в
год
. В настоящее время обсуждается
также возможность производства
фотоумножителя с полусферическим
фотокатодом большой площади
на предприятии МЭЛЗ-ФЭУ в Москве.
Оптическая станция
Система сбора стации
DRS-4 - DRS ( Domino Ring Sampler) 4 –
это 9-входовой оцифровщик формы сигнала
с шагом до 0.2 нс в 1024 точках
Стоимость – 80 евро.
Спасибо за внимание