Эксперимент Тунка: статус и проект широкоугольного гамма-телескопа

Л.А.Кузьмичев (НИИЯФ МГУ) От коллаборации Тунка

25.05.2012 «Зацепинские чтения»

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. SchroederKarlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany

Tunka Collaboration

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

Optical cableClusterElectronic box

DAQcenter

PMTEMI 9350Ø 20 cm

4 channel FADC boards 200 MHz, 12 bit

Combined spectrum

E >1017 eV1200 events

E>1018 eV5 events

Mean depth of EAS maximum

1 км

2011

Tunka-133, addition of 6 distant clusters

To the ultra-high energy!

Восстановление ФПР по данным на больших расстояниях

A(R) = A(400)·((R/400+1)/2)-bQ(R) = Q(300)·((R/300+1)/2)-b

Примеры событий

Tns

T ns = (R+200/R0 )2 ×3.3 ns

HiSCORE

Tunka : 2013

Cross calibration of Cherenkov light and fluorescent light methods.

Image detector from TUS experiment

7-10 км

S= 2 -10 м2

Угол обзора ± 7 град

Широкоугольный ( ~1 стер) гамма-телескоп Тунка- HiSCORE

c энергетическим порогом 20 -50 ТэВ

HiSCORE - Hundred Square-km Cosmic Origin Explorer

Проекты1.CTA – 2017-182. HAWC -20143.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

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.

Eth ~ ( Sdet. Twind . η)-1/2

Эффективность регистрации гамма-квантов( ≥ 3-х станций)

Θ =0 град Θ = 25 град

Режекция фона от протонов1. Угловое разрешение до 0.1 град2. Глубина максимума и число

сработавших детекторов

Угловое разрешение

Джиттер в 1 нс – 0.1 град ( база в 150 м)для плоского фронта

Фронт – конусный – угол раствора179 град – без определения оси ливня точность около 1 град.

E = 25 TeV

50 events or 5 RMS

1 - 1.5 km2 , 4 pmt per station2- 1.5 km2 , 16 pmt per statition3= 2 plus 1.5 10 4 m2 muon detectors4 - 10 km2

5- 100 km2

Основные задачи

Name R 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 как то можем видеть. Красный цвет – есть ТэВ-ное излучение;

синий цвет -ожидаемое время наблюдения и число событий > 20 ТэВ для Hiscore

Спектр отТихо Браге

Поток вторичных фотонов в одной из модели с нарушением Лоренц-инвариантности

S=1.5 km2 , 60 станций, шаг 150 м , 240 ФЭУ (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 станции450 млн.руб ( 11 млн евро)

S = 1.5 km2, 60 станций по16 ФЭУ, 1000 ФЭУ или (и)система зеркал ( 20 ) с площадью 2 м2

Стоимость 80 -120 млн. руб

Первые 5 станций осенью 2012 года

15000 м 2 сцинтилляционныхДетекторов ( 1% от полнойплощади) - 2-5 мюонов от 25 ТэВ протоновСтоимость 400-600 млн.руб

Понижение порога Увеличениеплощади

Конструкция установки

Конуса и ФЭУ

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

Alanod-4300

Фотоумножитель1. 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