Гамма-астрономия сверхвысоких энергий: Российско-Германская обсерватория Tunka-HiSCORE презентация

доклада

1. Гамма-астрономия высоких энергий: результаты и новые проекты.

Коллаборация Тунка-HiSCORE.

3. Основные направления исследований.

4. Методика регистрации и реконструкции событий.

5. Конструкция установки.
- Оптическая станция.
- Система сбора.
Узкоугольный черенковский детектор.
Мюонный детектор.

6. Этапы развертывания и оценка стоимости

(2014) - ~30 млн. долларов
3. LHAASO (2013-2018) ~150 млн. долларов

Российские:

Тунка- HiSCORE
Гамма-телескоп на пике Терскол (Петков)
3. 5@5 (А.М.Быков и др.)

ГэВ на высоте 5 км

Стереоскопический IACT

5 ГэВ – 1 фотон/m2

для изображения нужно 50 ф.э. – диаметр зеркала 20 м.

Россия
Гамбургский университет (Гамбург) МГУ НИИЯФ( Москва
(D.Horns, M.Tluczykont et al.) НИИПФ ИГУ (Иркутск)
ДЭЗИ-Цойтен (Цойтен) ИЯИ РАН (Москва)
(C.Spiering, R.Wischenewski et al.) ИЗМИРАН (Троицк)
+ Мюнхен ОИЯИ НИИЯФ (Дубна
+Тюбинген НИЯУ МИФИ (Москва)

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, O.A. Chvalaev, O.A. Gress, A.V. Dyachok, E.N. Konstantinov, A.V. Korobchebko,
R.R. Mirgazov, L.V. Pan’kov, A.L. Pahorukov, Yu.A. Semeney, A.V. Zagorodnikov.
Institute of Applied Phys. of Irkutsk State University, Irkutsk, Russia;

L.B. Bezrukov, B.K. Lubsandorzhiev, B.A. , N.B. Lubsandorzhiev, R.I. Rubsov, Shaibonov(ju) et al.
Institute for Nucl. Res. of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia;

V.S. Ptuskin, V.N. Zirakоshvili
IZMIRAN, Troitsk, Moscow, Russia;

L.G. Tkachev et al.
(JINR, Dunana)

A.G. Bogdanov, R.P. Kokoulin, S.Y. Matveev, A.A. Petrukhin, I.V. Yashin et al.
MEPHI

Участники из России

ТэВ (поиск ПэВатронов).

Исследование потоков гамма-излучения от известных источников в
области энергии выше 20 – 30 ТэВ.

Поиск диффузного излучения от Галактического диска.

Исследование энергетического спектра и массового состава космических лучей
в энергетическом диапазоне 5·1613 – 1019 эВ на недостижимом ранее уровне
статистической обеспеченности.

Исследование высокоэнергичной части спектра от наиболее ярких блазаров
(поглощения гамма-квантов на межгалактическом фоне, поиск аксион-фотонных переходов)

Поиск диффузного излучения и излучения от локальных источников в диапазоне
энергий 1015 – 1017 эВ (поиск проявлений нарушений Лоренц-инвариантновсти)

Главные направления исследований

lon lat Ra del Tnabl (N>20 TeV)
12 Cygnus 0.58 74.0 -8.5 20.8 30.7 Ver 100 h 1000 соб.
13 DR4 1.5 78.2 2.1 20.4 40.4
14 HB21 0.8 89.0 4.7 20.8 50.7
15 DA 530 2.0 93.3 6.9 20.9 55.4
16 CTB104 1.5 93.7 -0.2 21.5 50.8
17. Boomerang 106.3 2.7 22.5 60.8 270 500 cob
18 Cassiope 3.4 111.7 -2.1 23.4 58.8 300 180 соб
19 0.7 114.3 0.3 23.6 61.9
20 1.6 116.5 1.1 23.9 63.2
21 CTB 1 1.6 116.9 0.2 24.0 62.5
22 CTA 1 1.4 119.5 10.2 0.1 72.8 Ver 4% 300 500-800
23 Tycho 2.2 120.1 1.4 0.4 64.1 Ver 360 120-180 соб.
24 R5 1.20 127.1 0.5 1.5 63.1
25 3C58 2.6 130.7 3.1 2.1 64.8
26 HB3 2.2 132.7 1.3 2.3 62.5
27 HB9 0.8 160.9 2.6 5.0 46.2
28 S147 0.8 180.0 -1.7 5.7 28.0
29 Crab 2.0 184.6 -5.8 5.6 22.0 Ver 100 h 5000 соб.
30 IC443 1.5 189.1 3.0 6.3 22.5 Mil

Источники, которые мы можем видеть. Красный цвет – есть ТэВ-ное излучение; синий цвет – ожидаемое время наблюдения и число событий > 20 ТэВ для Hiscore

per station
2- 1.5 km2 , 16 pmt per statition
= 2 plus 1.5 10 4 m2 muon detectors
- 10 km2
- 100 km2

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.

Eth ~ ( Sdet. Twind . η)-1/2

сработавших детекторов

150 м)
для плоского фронта

Фронт – конусный – угол раствора
179 град – без определения оси
ливня точность около 1 град.

E = 25 TeV

от длины волны
Б: Зависимость эффективной площади от зенитного угла для различных
значений коэффициента отражения.
 

Alanod-4300

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.

9-входовой оцифровщик формы сигнала
с шагом до 0.2 нс в 1024 точках
Стоимость – 80 евро.

с меньшим диаметром

Угол обзора ±5-7 градусов

Ожидаемая стоимость: ~ 0.5 млн. руб за станцию (зеркало + механика слежения)

должна
быть примерно 1% от полной площади установки.

От протона с энергией 30 ТэВ
будет зарегистрировано
4-6 мюонов

Для подавления электронов и
гамма-квантов надо заглубить
детектор на глубину 50-100 см

Площадь одного детектора 10 м2

УРАГАН (справа)

~10 млн руб.
2. Грант РФФИ ОФИ-м

Ближайшее, возможное

Запрос в BMBF ( октябрь 2012) – около 1 млн евро
2. Заявка в Мин.Науки – 3 млн.руб
3. Заявка на грант- офи-м – весна 2013
4. Возможная поддержка со стороны МГУ
Поддержка со стороны ИГУ – 20 млн. руб.за 3 года
( часть уйдет на содержание полигона и развитие инфрастуутуры)
6. Поддержка работ в Дубне со стороны ДЭЗИ

По-видимому этого достаточно для создания
первой очереди установки и проведения R&D

(150 есть),
30 млн. руб 2012-2014 годы

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)

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.

Первые 5 станций осенью 2012 года

15000 м2 сцинтилляционных
детекторов (1% от полной
площади) – 2-5 мюонов от
25 ТэВ протонов
Стоимость 900-1000 млн. руб.

Понижение порога

Увеличение
площади

Выбор места
развертывания

2. Современное состояние исследований в области гамма-астрономии
высоких энергии
3 Потенциальные ТэВ-ные источники в северном полушарии.
3 Исследование галактических космических лучей
4. ОбсерваторияTunka-HiSCORE и физика частиц
5. Главные направления исследований и ожидаемые результаты
6. Методика регистрации широких атмосферных ливней
по черенковскому излучению на примере установки Тунка133
7. Обсерватория Tunka-HiSCORE
7.1 Оптическая станция
7.2 Фотоумножитель
7.3 Система сбора данных и синхронизации
7.4 .Узкоугольные черенковские детекторы
7.5 Сцинтилляционные детекторы заряженных частиц
7.6 Результаты моделирования: оценка
чувствительности, области наблюдения…
8. Этапы развертывания обсерватории