Kubinis mokslo kilometras

Kubinis mokslo kilometras

Dmitrijus Mamontovas
"Populiari mechanika" №2, 2014

Per keletą metų turėtų būti pradėtas naudoti vienas iš didžiausių ir įdomiausių astronomijos istorijos priemonių – KM3NeT neutrininis teleskopas, kuris yra giliai po Viduržemio jūros paviršiumi.

Astronomai studijuoja procesus, vykstančius visatoje, labai toli nuo mūsų stebėjimo metodu. Planetos paviršiuje ir erdvėje yra daugybė observatorijų, kurios įrašo spinduliuotę įvairiose srityse: nuo radijo bangų iki didelės energijos gama spindulių.

Norėdami įdiegti povandeninio neutrino teleskopo jutiklius, buvo sukurtas specialus sferinis konteineris, kuriame specialiai buvo pritvirtinta prie jo prijungto optinio modulio kabelis. Tara nukrito iki apačios, o po to buvo išleista iš armatūros garsiniu signalu ir pradėjo plūduriuoti, išvynioti kabelį. Surfaced konteineris paimtas pakartotinai naudoti

Tačiau elektromagnetinė spinduliuotė, pasiekianti Žemės stebėtojus iš Visatos erdvių, gali būti sugerta ir iškreipta. Tačiau yra dalelių, kurios nėra sugertos netgi tada, kai paskirstomos labai dideliais atstumais. Tai yra neutrinas.Tiesa, yra ir kita monetos pusė – dėl to paties turto, labai sunku aptikti neutrinus, kurie silpnai sąveikauja su medžiaga.

Norint registruoti neutrinus ir nustatyti šių dalelių energiją (norint atskirti mūsų "vietinius" saulės neutrinus nuo jų aukšto energijos kolegos, išlindę iš gilios erdvės), reikia labai jautrių priemonių ir didelių medžiagų kiekių, sąveikaujančių su neutrinomis.

Pavyzdžiui, ledas, nes pastatytas Antarkties stoties Amundsen-Scott neutriino teleskopas IceCube ("Ice Cube"). Ir artimiausiais metais Viduržemio jūros gelmėse bus pastatytas instrumentas su pasakojančiu vardu KM3NeT (KM3 Neutrino teleskopas, "kubinio kilometro" neutrininis teleskopas), užpildytas tūkstančiais jautrių jutiklių.

Po vandenimis

KM3NeT nėra visiškai sukurtas nuo nulio. Šiuo metu Viduržemio jūra savanoriškai giliai supranta ANTARES neutrino astronomijos projektą (Astronomija su Neutrino teleskopu ir Abyss aplinkos tyrimo projektu) prie Tulono pakrantės. Kartu su kitu NEMO projektu (Neutrino Viduržemio jūros observatorija), kuris faktiškai tapo kubinių metrų teleskopo prototipu, ANTARES pradės kur kas daugiau tarptautinį projektą KM3NeT.

"KM3NeT yra moderniausias neutrininės astronomijos projektas", – sako Jevgenijus Širokovas, Maskvos valstybinio universiteto Branduolinių tyrimų instituto Branduolinių tyrimų instituto atominių branduolių branduolinių tyrimų instituto elektromagnetinio proceso ir sąveikos tyrėjas. kad jis bus užsakytas 2016-2017 metais, po kurio jis pradės įrašyti astrofizinius neutrinus iš tolimų žvaigždžių, galaktikos branduolių, supernovų.

Viduržemio jūros neutrino teleskopas yra vertikali struktūra. Jame yra 320 kabelių, kurių ilgis yra 900 m, rinkinys, kuris bus sujungtas su inkarais. Norint išlaikyti kabelius vertikalioje padėtyje, juose bus sumontuoti plūdeliai. Šešių metrų rėmai su skaitmeniniais optiniais moduliais ant galų bus tvirtinami per kabelius. Planuojama surengti 20 tokių rėmų grindų, atskirtų 40 m atstumu. Žemutiniai aukštai bus statomi šimtu metrų nuo jūros dugno. Ne mažiau kaip 2 km viršaus vandens sluoksnis apsaugo teleskopą nuo saulės spindulių. "

Dėl palyginti mažo didelio energijos kosminių neutrinų srauto ir jų silpno sąveikos su medžiaga derinio reikalingas labai didelis detektorius (1012 kg)Viena iš galimybių yra naudoti natūralius rezervuarus, kad tilptų trimačius optinių modulių matricos, pastatydami juos žemiau dienos šviesos apšvietimo lygio (apie 1 km) ir dar giliau, kad iki minimumo sumažėtų spinduliuotės detektorių poveikis spinduliavimui, kurį sukelia kosminių spindulių sąveika su vandeniu

Atidarykite antrą akį

Евгений Широков, Mokslininkas, Atominių branduolių elektromagnetinių procesų ir sąveikos katedra, Branduolinės fizikos tyrimų institutas vardu D. V. Скобельцына МГУ:
"KM3NeT papildys" IceCube Antarkties "teleskopą. Su šiais dviem teleskopais galite sukurti pasaulinę neutrinų observatoriją, kuri stebės neutriino įvykius visoje dangaus srityje"

Kodėl jums reikia Viduržemio jūros teleskopo, jei jau turite tokią priemonę Pietų ašigalyje? Tai, kad visi tokio tipo neutrininiai jutikliai, ty požeminiai ar povandeniniai, "atrodo" ne į viršų, o žemyn – per planetos storį, kuris veikia kaip "šviesos filtras", kuris uždels visas daleles, išskyrus neutrinus. Todėl, kaip paaiškina Eugenijus Shirokovas, žiūrėdamas į pietų ašigalį, matote neutrinus iš šiaurinio pusrutulio: "Antarkties instrumentas IceCube mato tik pusę dangaus sferos.

Norėdami matyti antrąją pusę, kuri apima daugumą Galaktikos disko, įskaitant mūsų galaktikos centrą, jums reikia teleskopo, esančio planetos šiauriniame pusrutulyje. Todėl "KM3NeT" bus IceCube "papildinys". Naudodamiesi šiais dviem teleskopais, galite sukurti pasaulinę neutrinų observatoriją, kuri įrašys neutrinų įvykius bet kurioje dangaus sferos dalyje. Tačiau šis projektas bus įmanomas tik 2018-2019 metais, bet pirmiausia turėsite sukurti kubinio kilometro teleskopą Šiaurės pusrutulyje. "

Rusijos mokslininkai aktyviai dalyvauja šiame projekte. INP MSU sukūrė NEMO neutrino teleskopo fotomultiplius prototipus, kuris buvo Nacionalinio branduolinės fizikos instituto (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN) projektas. Optiniai moduliai, kurių dizainas apima fotomultiplius, dabar dirbs kaip KM3NeT detektoriaus dizaino dalis. KM3NeT modelyje bus daugiau kaip 5000 tokių modulių, beveik toks pat optinių modulių skaičius yra didžiausia šiandieninė observatorija neutrino – Antarkties IceCube. Ir ANTARES, kuris taps neatskiriama KM3NeT dalimi, yra tik 500 dalių, todėl skalė padidės 10-12 kartų.

Gyva šviesa

Skaitmeniniai optiniai moduliai, sukurti KM3NeT projektui, yra itin jautri. Štai kodėl neutrino observatorijos yra dideliu gyliu po ledu, po žeme ar po vandeniu, kurie patikimai apsaugo jutiklius nuo šalutinio apšvietimo. "Tačiau faktas yra tas, kad jūros vandenyje, net ir dideliuose 3-3,5 km gylyje, gyvena daugybė tvarinių, kurie šviesia savo kelią tamsoje", – aiškina Jevgenijus Širokovas. "Paprasčiau tariant, jie švyti, o jų švytėjimas gerokai didesnis intensyvumas nei Čerenkovo ​​spinduliavimas, taigi ši bioluminescencija sukuria detektorių apšvietimą, žymiai trukdantį teleskopo veikimui. Todėl mūsų grupės uždavinys buvo sukurti programą, kuri galėtų pašalinti pašalinį biologinės kilmės signalą iš duomenų, kuriuos gauname iš teleskopo . Tai buvo padaryta mano kolega Vladimiras Kulikovskii, kuris praktikuojamas metodas tuo detektoriai ANTARES teleskopu. "

Neutrino akys

KM3NeT neutrininio teleskopo veikimo principas grindžiamas tuo, kad neutrinas, sąveikaujantis su medžiaga, sukelia munono formavimą, kuris, judant vandenyje, generuoja Čerenkovo ​​spinduliuotę.Šią spinduliuotę gali aptikti jautri optiniai moduliai.

KM3NeT skaitmeniniai optiniai moduliai yra permatomo plastiko sruogos, kurių skersmuo 43 cm, apsaugantis trapų užpildymą nuo jūros vandens stulpelio slėgio keletą kilometrų.

Kiekvienas skaitmeninis optinis modulis turi 31 fotodaugintuvų, ir kalibravimo įranga: kompasą tentas jutikliai, siekiant nustatyti, kad erdvėje modulį gylio sonaro pezomikrofon poziciją gavimo sonarines signalus ir nustatyti modulis koordinates, ir miniatiūrinis LED švyturys, kad gali būti apšviesti pagal kalibravimo signalo gretimų modulių jautrumas. Kiekvienoje srityje yra du elektroniniai moduliai, atsakingi už signalų rinkimą, kiekvienas savo pusrutulyje. Surinkta informacija perduodama per šviesolaidinį kabelį. Fotodaugintuvas įkūnijo dviejų trimačių konstrukcijų pagamintas 3D spausdinimas: viena apatiniame pusrutulyje 19 palaiko fotodaugintuvas ir sonaro pezomikrofon, antrą, viršutinė, – kad fotodaugintuvas 12 ir LED švyturys. Elektronikos aušinimo sistema sumontuota virš spyna.Sandarumas užtikrinamas tarpikliu, o po surinkimo sfera yra papildomai užsandarinta iš išorės specialia juosta.

Klausyk neutrino

"Dabar mes pradedame užsiimti labai įdomiu, bet prastai suprantama kryptimi – neutrinų povandenine akustika", – pridūrė Jevgenijus Širokovas. Šis metodas gali mums suteikti labai didelių privalumų, nes garsinis signalas labai platus, lyginant su Čerenkovo ​​spinduliuote, dėl kurio visi neutrininiai jutikliai dabar veikia.

Akustinis signalas plinta daugeliu kilometrų, o ateityje sukurti įrenginiai, kurių pagrindą sudaro neutrino hidroakustika, gali būti ne kubiniais kilometrais, o šimtais kubinių kilometrų. Neutrino stebėjimų efektyvumas padidėtų dėl dydžių! Tiesa, tai yra gana sudėtinga užduotis – dar nėra aiškios supratimo apie tai, kaip itin didelės energijos dalelės sukuria tam tikros formos akustinį signalą.Be to, tokio didelio naudojimo priemonės vis dar yra labai brangios. Bet mes jau dirbame ".


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: