PRESENTATO DA : Annabella Sica Maria Carmen Falivene VincenzioVillacaro

STRUMENTAZIONE E FUNZIONAMENTO DEL TELESCOPIO EEE

COSA STUDIAMO ? Lo studio degli sciami, prodotti dai raggi cosmici, nell’ambito del progetto EEE necessita non solo di una estesa rete di rivelatori ma anche che questi abbiano alcune caratteristiche fondamentali. Per riuscire a rilevare eventi di alta energia abbiamo bisogno di un rivelatore con una grande accettanza geometrica. Per poter essere distribuiti in grande numero sul territorio sarà necessario contenere il costo del rivelatore mantenendone invariata l’efficienza e la precisione delle rivelazioni.

. E’ necessario che i rivelatori abbiano una risoluzione spaziale elevata, di circa qualche centimetro nella identificazione del/dei punto/i di impatto del muone, in modo da ricostruire al meglio le tracce delle particelle. La risoluzione temporale deve essere elevata: dell’ordine delle centinaia di ns, per permettere che i muoni rilevati da rivelatori distanti possano essere messi in correlazione tra loro attraverso l’uso un dispositivo GPS.

Un po’ di storia … A partire dagli anni 50 sono stati sviluppati diversi tipi di rivelatori gassosi a geometria piana, che sono stati poi via via sempre più perfezionati ed adattati alle esigenze dei vari esperimenti. Questi rivelatori sono costituiti da due elettrodi, posti ad una certa differenza di potenziale, che racchiudono un certo volume di gas, che viene ionizzato (ionizzazione primaria) dalle particelle cariche che si intende rilevare.

Progetto EEE Per il Progetto EEE si utilizzano delle MRPC appositamente progettate in modo da soddisfare tutti i requisiti per una buona identificazione del punto di passaggio dei muoni contenendo però i costi e soprattutto le difficoltà di costruzione. Gli studenti di ogni scuola sono direttamente coinvolti nella costruzione del proprio rivelatore: è quindi importante che i materiali utilizzati siano di facile reperibilità, sicuri e mediamente semplici da assemblare

Struttura telescopio EEE SALE-02 Le 3 camere MRPC che compongono un telescopio devono essere posizionate su una struttura metallica di supporto, dimensionata in modo tale da poterne sorreggere il peso con sicurezza, mantenendole ad una certa distanza relativa, attualmente consigliata a 50 cm. Tra la camera in basso (bottom) e quella in alto (top) ci sarà dunque una distanza di 100 cm. E’ opportuno tuttavia che la struttura meccanica di supporto preveda la possibilità di piazzare le camere anche ad una distanza relativa maggiore (70-80 cm tra le camere).

Funzionalità dei gas utilizzati Una parte importante di questo tipo di rivelatore è la miscela di gas utilizzata. La miscela deve garantire alti valori di densità di ionizzazione primaria, che assicura una buona ricezione e stabilità di segnale al passaggio delle particelle, ed evita che si generino scintille che potrebbero danneggiare il rivelatore.

Sistema di flussaggio gas Le camere MRPC dei telescopi funzionano con un flusso continuo di una miscela di gas, realizzata con il 98% di Freon ecologico e il 2% di SF6. I due gas sono contenuti nelle rispettive bombole, e miscelati tramite una “Gas station”, che consente di regolare sia il flusso che la proporzione tra i due gas nella miscela. Le due bombole di gas stanno di norma in un armadio metallico (Cabinet), che contiene anche gli opportuni riduttori di pressione e valvole.

Da questo cabinet i due gas, tramite dei tubi flessibili, sono collegati alla Gas Station, miscelati opportunamente e poi inviati alla prima delle tre camere; le altre due camere sono collegate in serie alla prima con un collegamento a cascata.

All’uscita dalla terza camera il gas viene portato fuori dall’ambiente (verso l’esterno) lungo un tubo flessibile. La lunghezza dei tubi flessibili tra camera e camera è all’incirca di un metro, mentre il tubo che porta il gas verso l’esterno può anche essere di parecchi metri, in base alle dimensioni del locale. La Gas Station può essere dislocata in prossimità delle bombole o vicino alle camere, su un opportuno tavolo da lavoro.

La pressione delle bombole è molto elevata ed è necessario inserire, per entrambe le bombole, dei riduttori per poter far arrivare la pressione di lavoro al gas mixer ; su questi riduttori sono posti due manometri. Il primo misura la pressione di uscita dalla bombola permettendoci di monitorare lo stato di consumo della stessa e provvedere in tempo a sostituirla. Il secondo manometro misura la pressione in uscita dal riduttore e che arriva al gas mixer

Modulistica elettronica per la lettura e l’acquisizione dei dati L’elettronica del telescopio EEE comprende 6 schede di lettura dei dati (2 per ognuna delle 3 camere), montate direttamente sui connettori previsti alle due estremità delle camere, e alcuni moduli elettronici alloggiati in un opportuno contenitore (Carte VME).

Diverse tipologie di cavi trasportano i segnali dalle schede di lettura ai moduli elettronici ,collegando i diversi moduli tra loro ,e il Carte VME al computer di acquisizione dati. Il Carte VME viene posizionato tipicamente non lontano dalle camere (ad esempio su un piccolo tavolo da lavoro) o direttamente sulla camera intermedia.

Cavi e schede di Front-End Attraverso i cavi “twist-par” il segnale viene prelevato sia dalla parte dell’anodo (segnale positivo) che dal catodo (segnale negativo). Questi segnali vengono mandati ad una delle due schede di elettronica di Front-End (FEA) poste ai capi estremi delle camere.

Se ogni telescopio è costituito da tre camere MRPC e ciascuna camera necessita di due schede di Front-End con in uscita 24 canali, il numero di segnali inviati sono in totale 144. La scheda produce anche un ulteriore segnale di questi 24 segnali .

Alimentatori Le camere MRPC sono alimentate con una tensione elevata, per produrre il necessario campo elettrico all’interno dei rivelatori. Tali tensioni elevate (fino a +/- 10 Volt) sono generate da circuiti a bassa tensione tramite dei “DC/DC converte” alloggiati in contenitori metallici di protezione direttamente collegati alle camere, in modo da evitare qualunque pericolo di tipo elettrico.

L’alimentazione sia alle camere che alle schede elettroniche di lettura dei segnali viene gestita da un alimentatore controllato dallo stesso computer utilizzato per l’acquisizione dei dati L’alimentatore può essere dislocato su un opportuno tavolo da lavoro piazzato vicino alle camere o direttamente su una delle camere (ad esempio quella intermedia)

ALIMENTATORE

Computer per acquisizione e controllo La gestione del telescopio è affidata ad un unico computer, operante mediante sistema operativo Windows (8 o 10), che permette di controllare l’alimentazione di tutto il sistema, la lettura e acquisizione dei dati, il trasferimento periodico dei dati acquisiti verso un server centrale del Progetto EEE, il controllo della qualità dei dati acquisiti (monitorino), nonché la stazione meteorologica collegata. Trattandosi di un normale PC, esso può essere disposto in prossimità del telescopio su un opportuno tavolo da lavoro. E’ opportuno che il PC e l’alimentatore (ma possibilmente anche la Gas Station e il Carte VME) siano collegati ad un gruppo di continuità.

Studio delle coincidenze Per riuscire a eseguire una corretta ricerca delle coincidenze tra più telescopi è necessario che questi abbiano lo stesso riferimento temporale assoluto (UTC); per ottenere questo si utilizza un Sistema di Posizionamento Globale (GPS). Il GPS è un sistema di navigazione Il GPS fornisce un segnale PPS, ossia un impulso al secondo, al sistema di trigger; a tale impulso viene associato il riferimento temporale assoluto del GPS.

Ricevitore GPS per la sincronizzazione remota Allo scopo di sincronizzare i dati acquisiti da telescopi distanti, ogni telescopio EEE è dotato di un ricevitore GPS, che sfrutta l’informazione proveniente dai satelliti per stabilire il tempo assoluto di arrivo di ogni evento, con una precisione di circa 10 miliardesimi di secondo.

Tale ricevitore, che è alloggiato in uno slot opportuno dentro il PC di acquisizione, deve essere collegato tramite un apposito cavo, ad un’antenna esterna all’edificio, in grado di visualizzare un’ampia porzione di cielo. L’antenna, di piccole dimensioni, deve essere fissata in modo sicuro all’esterno (ad esempio su un tetto o su una terrazza aperta, a distanza possibilmente di alcuni metri dalle pareti dell’edificio, senza schermature offerte da altri edifici o alberi nelle vicinanze

Stazione meteo Il telescopio EEE è corredato da una stazione meteorologica che consente di acquisire e memorizzare diversi parametri ambientali (pressione, temperatura,..), che saranno utilizzati per l’analisi dei dati relativi ai raggi cosmici. Essa è collegata al PC principale tramite una porta USB e gestita attraverso un opportuno software a sua volta controllato dal programma di gestione principale del telescopio EEE.