Rivelatori di Particelle e attività dell IFSI Relatore: Stefano Orsini Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio

Rivelatori di Particellee attività dell’ IFSI

Relatore: Stefano Orsini

Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica CosmicaIstituto di Fisica dello Spazio Interplanetario

Roma,15-16 novembre 2003


Con l’esperienza maturata in oltre trent’anni di attività sperimentale e di sviluppo, l’IFSI ha acquisito la capacità (unica in Italia) di realizzare in laboratorio con un livello di qualità tale da essere idoneo a missioni spaziali:

•Sensori di ioni o elettroni (300 eV –12 keV);

•Sensori di ENA* (10 eV – 100 keV)

* Energetic Neutral Atoms




RICERCHE CON RIVELATORI DI IONIOsservazioni in situ di:

Vento Solare Distribuzione:accelerazione, turbolenza, anisotropie…

Funzioni di distribuzione di H+-He++

Magnetosfera terrestre Regimi di plasma, ‘drift’, processi fisici di confine…

Funzioni di distribuzione di H+, He+, O+…




alcune missioni, tra le più importanti

HELIOSISEE AMPTE GEOTAILCRRESCLUSTERDOUBLE STARSOLAR ORBITER

Solar wind

Mag

neto

sphe

re a

nd

exos

pher

eionsions

Exospheric gas:Exospheric gas:(charge-exchange)(charge-exchange)

Surface:Surface:Ion SputteringIon Sputtering

L-ENA (few tens eV)MH-ENA (1-100 keV)

PLANET orSMALL BODY

Thermal gasescape

GENERAZIONE DEGLI ENA




RICERCHE CON RIVELATORI ENAOsservazioni remote di:

Corpi Magnetizzati (Terra, Mercurio, Giove Saturno)Circolazione del plasma magnetosferico

Scambio di carica Corpi non magnetizzati con atmosfera (Marte, Venere…)

Emissione di gas neutro energetico (esosfera) Scambio di carica,‘sputtering’…

Corpi senza atmosfera (Mercurio, Satelliti, Asteroidi…)Emissione di gas neutro energetico: erosione superficiale

‘Sputtering’, impatti di micrometeoriti,… Il Sole

Regione di accelerazione del vento solare Vento solare

neutro




ASTRID(SAC-B)CASSINI IMAGE MARS EXPRESSTWINSVENUS EXPRESSBEPICOLOMBOSOLAR ORBITER

HEOS 1-2

1968-69 1971-73

ISEE-2 / EGD 1977-1980

Legend: ION / ENAPI / Co-I




Giotto 1985





SAC-B / ISENA 1996

CLUSTER / CIS-1 ‘96 EQUATOR-S / ESIC 1998-99





1968 HEOS-1 Misura di ioni positivi. Risultati su vento solare e sua interazione con il campo magnetico terrestre in periodo di massima attività

solare.

1971-73 HEOS-2 Misura di ioni positivi ed elettroni. Orbita polare. Prime misure nelle zone polari di ingresso alla magnetosfera di particelle dei vento

solare.

1977-80 ISEE-2 / EGD Misure di ioni positivi. perrturbazioni nel vento solare indotte dall'anda d'urto terrestre, composizione chimica dei vento

solare,regione di transizione e rnagnetosfera.

1985-86 GIOTTO Misure di spettro di energia e composizione dei gas ionizzato emesso dal nucleo della cometa e osservazione della sua

ìnterazione coi vento solare.

1996 CLUSTER-1 / CIS † Misure di ioni elettroni e composizione da quattro satelliti vicini. Analisi delle regioni magnetosferiche e dei processi su piccola

scala.

1996 SAC-B / ISENA † Analisi remota della magnetosfera interna della Terra

1998-99 EQUATOR-S / ESIC Misure di ioni da un satellite in orbita equatoriale

ION / ENA Experiment (PI / Co-I)






Roma, 5-6 novembre 2003Relatore: Stefano Orsini

CLU

ST

ER

– C

IS 2

2001

DO

UB

LE S

TA

R –

ES

IC 2

004

ASPERA-3, 2003

VENUS EXPRESS ASPERA-4, 2005

Mercury Planetary Orbiter

Bepi Colombo, ESACornerstone V, 2012

Mercury Magnetospheric OrbiterSERENA EXPERIMENT

Electron spectrometer (PARTICLE PACKAGE)


PROGETTO “SERENA”Search for Exosphere Refilling and Emitted Native Abundances

Consistenza del gruppo di lavoro (IFSI / CNR, Roma, Italy)

Stefano Orsini (ricercatore) Principal InvestigatorAnna Milillo (ricercatore) Science Coordinator Andrea Di Lellis (AMDL consult.) Sensor Design & Program MngMaurizio Maggi (tecnico senior) Electronics DesignAlessandro Mura (ricercatore art. 15) Science Data & Sensor AnalysisElisabetta De Angelis (ricercatore art. 15)Chief calibration activityNello Vertolli (tecnico art. 15) Electr. set-up & qualificationRaffaella D’Amicis (PhD student) Science studiesValeria Mangano (PhD student) Science studies

ESPERIMENTO 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 MEX/ASPERA-3 (ASI) 464.811 246.866 154.937 175.550 150.000 100.000 BP/SERENA (ASI) 51.646 ? ? VEX/ASPERA-4 (ESA) 320.000 150.000 150.000 Totale 464.811 246.866 206.583 175.550 320.000 300.000 250.000




Associated Institutions-IFSI/INAF, Roma, Italy: Stefano Orsini, Anna Milillo, Maurizio Maggi, Elisabetta De Angelis, Alessandro

Mura, Nello Vertolli, Valeria Mangano, Raffaella D’Amicis , Pasquale Cerulli-Irelli, Stefano Massetti , Silvia Zampieri.

-AMDL, Roma, Italy Andrea M. Di Lellis.-ENEA, Frascati, Italy: Vincenzo Zanza, Giovanni Bracco.-JHU/APL, Laurel, MD, USA: Stefano Livi, Donald G. Mitchell, Edmond C. Roelof, Pontus C. Brandt.-Physikalisches Institut, University of Bern, Switzerland: Peter Wurz-IRF, Kiruna, Sweden: Rickard Lundin, Stas Barabash.-FMI, Helsinki, Finland: Esa Kallio, Hannu Koskinnen.- IKI, Moscow, Russia: Oleg Vaisberg.-MPAe, Katlenburg-Lindau, Germany: Norbert Krupp, Joachim Woch.-CESR/CNRS, Toulouse, France: Iannis Dandouras.-RAL, Chilton, Didcot, UK: Manuel Grande.-ISAS, Sagamihara, Kanagawa, Japan: Kazushi Asamura.-Osservatorio Astronomico, Padova, Italy: Gabriele Cremonese.-SWRI, San Antonio, TX, USA: David J.McComas, Craig Pollock.-University of Maryland, MD, USA : Rosemary M. Killen.-NASA/GSFC, Greenbelt, MD, USA: Thomas E.Moore, Michael R. Collier, Mei-Ching Fok.-IWF, Graz, Austria: Klaus Torkar, Helmut Lammer, Helfried Biernat.-CETP/CNRS, S. Maur des Fossés, France: Jean-Jacques Berthelier, Dominique Delcourt, F. Leblanc-Institute of Space Research, NOA, Penteli, Greece: Yannis A. Daglis.-STEL, Nagoya University,Toyokawa, Japan: Yohsuke Kamide.

NPA SERENA - Major ResponsibilitiesPrincipal Investigator Stefano Orsini IFSI/CNR, Roma, Italy Program and Design Manager Andrea M. Di Lellis AMDL, Roma, ItalyCo-PI - STROFIO Stefano Livi JHUAPL, Laurel, MD, USA[Co-PI? (PICAM) Klaus Torkar? IWF, Graz, Austria]Deputy PI, Science Coordinator Anna Milillo IFSI/CNR

Hardware Providers Contr. Rate ResponsibilityIFSI/CNR, Italy (jointly with AMDL, ENEA, IRF): 56 % (+4%?) ELENA (+MIPA?)JHU/APL, USA (jointly with UniBe, SWRI, GSFC) : 30% (-10%?) STROFIOIWF, Austria (jointly with CETP and IKI): (10% ? PICAM ?)Other Institutions (UniBe, FMI, MPAe, CESR, RAL, ISAS): 14% (-4%?) GSE + tbd subsystems

Neutral Particle Analyzer SERENASearch for Exospheric Refilling and Emitted Native Abundances

THE TWO SUB-UNITS

STROFIO (RAM FOV):

Thermal Gas Mass Spectrometer (fractions eV –10 eV)

ELENA (NADIR FOV):

Exosphere Low Energy Neutral Atoms (few tens eV -few keV)




E L E N A( I F S I, I t a l y )

S T R O F I O( A P L, U S A )






Solar wind detector

Neutral solar wind detector

SOLAR ORBITER, ESA MISSIONSOLAR ORBITER, ESA MISSION



SOLAR ORBITER

Sun and corona traced by NSWD

coronal hole

NSWD

Neutral Solar Wind Detector

Beyond 3 solar radii, the neutral

atoms become more and more

decoupled from the plasma of the

solar corona. The neutral solar wind

constitues an in-situ trace particle

population of the solar wind plasma.

The expected neutral atom flux is

about 103 atoms cm-2 s-1, at 0.21 AU,

but it could increase up to 104-105

atoms cm-2 s-1 during Coronal Mass

Ejections (CME).

Angular resolution ~ 1°

Field-of-view = 7°

Aberration = 9.2°(Vsw = 400 km/s and Vorbiter = 65 km/s)

Aberration = 4.6°(Vsw = 800 km/s and Vorbiter = 65 km/s)




2001- CLUSTER-2 / CIS Misure di ioni elettroni e composizione da quattro satelliti vicini. Analisi delle regioni magnetosferiche e dei processi su piccola scala.

2003- MEX / ASPERA-3 Analisi remota dell’ambiente di Marte

2004 DOUBLE-STAR / CIS Misure di ioni elettroni e composizione da due satelliti con orbita equatoriale e polare.

2005 VEX / ASPERA-4 Analisi remota dell’esosfera di Marte

(2008 ?) (J PO / NAOMI ?) Analisi remota delle regioni polari di Giove

2012 BC-MMO / Electron monitor Analisi in situ delle distribuzioni di plasma nella magnetosfera di Mercurio

2012 BC-MPO / NPA Analisi remota dell’esosfera di Mercurio

2013 ? SOLO / SWD ? Analisi in situ del vento solare a 0.2 AU.

2013 ? SOLO / NSWD ? Analisi remota delle regioni di accelerazione del vento solare

RIVELATORI DI PARTICELLE:

PROGETTI IN CORSO

E FUTURE ATTIVITA’

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