Система сбора данных глубоководного нейтринного телескопа НТ1000

• Автор: Кулешов, Денис Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ З
ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ СБОРА ДАННЫХ УСТАНОВОК: ANTARES, AMANDA, ICECUBE, KM3NET, НТ200+
1.1 Глубоководные нейтринные телескопы
1.2 ANTARES
1.3 AMANDA
1.4 IceCube
1.5 KM3Net
1.6 Байкальский нейтринный телескоп
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ ПРОЕКТИРУЕМОГО ТЕЛЕСКОПА НТ1000
2.1 Измерительный канал
2.2 Секция оптических модулей
2.3 Гирлянда ОМ
2.4 Кластер
ГЛАВА 3. ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ ТЕЛЕСКОПА НТЮ00 В 03. БАЙКАЛ
3.1 Исследование параметров системы передачи данных
3.2 Качество работы измерительных каналов
3.3 Работа системы сбора данных в режимах амплитудной
и временной калибровки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиографический список
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
Крупномасштабные глубоководные/подледные черенковские детекторы элементарных частиц — нейтринные телескопы, создаваемые в первую очередь для решения задач астрофизики и космологии, являются также мощным инструментом исследования проблем, возникших на современном этапе развития физики элементарных частиц. Нейтринные телескопы позволяют исследовать свойства нейтрино в экспериментах по регистрации атмосферных нейтрино и нейтрино от ускорителей, осуществлять поиск частиц темной материи, исследовать потоки нейтрино астрофизической природы [1]. До недавнего времени, уровень знаний о природных потоках нейтрино высоких и сверхвысоких энергией, в основном, определялся результатами, полученными в экспериментах на нейтринных черенковских детекторах НТ200/НТ200+ [2,3] и AMANDA [4], а также на нейтринном телескопе ANTARES [5] в Средиземном море, осуществляющем набор данных с 2008 года. Эти три детектора относятся к первому поколению нейтринных телескопов и характеризуются эффективным объемом

регистрации вторичных мюонов и ливней порядка 10 м по отношению к регистрации нейтрино с энергией выше 10 ТэВ. Результаты, полученные в экспериментах на нейтринных телескопах первого поколения, мотивировали разработку и создание нейтринных телескопов с характерным эффективным объёмом масштаба кубического километра, которые позволят увеличить чувствительность детекторов к природным потокам нейтрино более чем на порядок.
В настоящее время в мире активно развиваются три проекта крупномасштабных нейтринных телескопов следующего поколения в естественных средах: IceCube [6] на Южном полюсе, KM3NeT [7] в Средиземном море и НТ1000 [8] на оз. Байкал, которые находятся на разных
стадиях разработки и реализации. Конфигурация, архитектура системы сбора и передачи данных, а также потенциальные возможности при решении конкретных задач каждого из этих детекторов обусловлены их местоположением, свойствами среды, степенью сложности инженерно-технических решений при создании и эксплуатации установки, затратами на создание и поддержку инфраструктуры, а также возможностью модификации и увеличения светосилы телескопа.
Байкальский телескоп НТ1000 и средиземноморский КМЗ№Т, расположенные в северном полушарии, а также детектор ІсеСиЬе на Южном полюсе, в силу их географического местоположения, будут взаимно дополнять друг друга в исследованиях природных потоков нейтрино по всей небесной сфере. Потребность как минимум в двух телескопах, расположенных в южном и северном полушариях, обусловлена их ограниченной угловой апертурой для широкой области энергий нейтрино. В области энергий ниже ПэВ, в силу высокого уровня фоновых событий от атмосферных мюонов, выделение нейтринных событий возможно лишь для нейтрино из-под горизонта. В области энергий выше ПэВ фон от атмосферных мюонов становится приемлемым для регистрации нейтрино сверху, однако, для нейтрино таких энергий Земля становится непрозрачной и апертура телескопа оказывается ограниченной для событий снизу. Детекторы, расположенные в северном полушарии, обладают важным преимуществом - они способны вести практически непрерывное наблюдение центра Галактики (НТ1000 - 18 часов и КМЗИеТ - 15 часов в сутки) и Галактической Плоскости, где сконцентрирована основная часть потенциальных галактических источников космических лучей (пульсары, остатки сверхновых, двойные системы и т.д.), включая массивную черную дыру А* в центре Галактики.
Одним из наиболее важных факторов, определяющих реализуемость проектов крупномасштабных нейтринных телескопов, является создание и
интервалом времени между выборками. Использование амплитудной информации из пороговых значений и временных меток оцифрованных данных позволяет провести реконструкцию исходного сигнала.
В плату оцифровщика входят быстрые компараторы и программируемые 10-битные цифро-аналоговые преобразователи. Блок памяти выборок включает в себя модуль автоподстройки задержки (DLL), для гарантии точности времени выборки, и два банка памяти (рисунок 1.5.3). В блоке памяти используется принцип FIFO, чтобы упорядочить поток данных и сохранить их в буфере для последующего считывания. Также в схему входит 16-битный счётчик для проверки синхронизации с системой сбора данных, блок “отбрасывания нулей” и драйвер медленной связи для программирования регистров.
у Signal from РМТ DatatoSoCA
Рисунок 1.5.3. Блок-схема платы оцифровщика сигналов ФЭУ
Интегральная схема способна производить многоканальную оцифровку аналогового сигнала от целой группы ФЭУ. В случае резкого увеличения потока данных, в основном в случае люминесценции биологического происхождения, должна быть возможность сохранять данные на протяжении сотен миллисекунд непосредственно на интегральной схеме для последующей пересылки на берег без потери данных.
Передача данных
Каждая гирлянда проектируемого телескопа КМЗЫеТ содержит в себе большое количество цифровых модулей, расположенных один над другим на расстояниях в сотни метров [24]. Из-за большого расстояния до берега единственный способ передачи данных от каждого модуля - оптоволоконные