Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK Nachweis der Radioemission von Luftschauern und Entwicklung eines Triggers mit LOPES STAR.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK Nachweis der Radioemission von Luftschauern und Entwicklung eines Triggers mit LOPES STAR."—  Präsentation transkript:

1 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK Nachweis der Radioemission von Luftschauern und Entwicklung eines Triggers mit LOPES STAR Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik, Karlsruhe Inhalt: 1. Die Erzeugung der Geo-Synchrotron- strahlung 2. LOPES 3. LOPES STAR

2 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 1. Die Erzeugung der Geo-Synchrotronstrahlung Hochenergetische kosmische Strahlung trifft auf die Atmosphäre. 2.EAS (Extensive Air Shower), bestehend aus Sekundärteilchen, werden erzeugt. 3.Sekundärteilchen erzeugen EM-Strahlung im Radiobereich (Geo-Synchrotroneffekt).

3 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 1.2 EAS (extensive air shower) 1.2 EAS (extensive air shower) Entstehen durch WW der kosmischen Strahlung mit der Atmosphäre Bestehen hauptsächlich aus n/p, e + /e - und μ + / μ - Die Schauerfront ist nur etwa 1m dick Fig.: Alkhofer 1975

4 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK * H. Falcke and P. W. Gorham: Detecting Radio Emission from Cosmic Ray Air Showers and Neutrinos with a Digital Radio Telescope ** T. Huege & H. Falcke: …MC-Simulations based on CORSIKA. Proc. ICRC Geo-Synchrotronstrahlung Erklärungsmodell geht zurück auf Falcke & Gorham* Wird emittiert durch geladene Teilchen, die im Erdmagnetfeld abgelenkt werden Da die Schauerfront nur etwa 1m dick ist Im Radiobereich hauptsächlich konstruktive Interferenz Elektrische Feldstärke am Boden**: 2/γ : Primärteilchenenergie : Abstand : geomagnetischer Winkel T. Huege, Diss. 2004

5 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 2. LOPES (LOFAR PrototypE Station) Umfasst 30 invertierte V-Dipol-Antennen Mißt im Frequenzband 40MHz-80MHz Zeichnet Daten unterabgetastet auf (Samplerate 80MHz) Wird fremdgetriggert durch KASCADE-Grande Teilchendetektoren Ziel: Zusammenhang zwischen Synchrotronstrahlung und Schauerparameter A. Horneffer, 2006

6 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 2.1 LOPES - Ergebnisse 2.1 LOPES - Ergebnisse Auswertung der Datennahme über 7 Monate (Stand: 2006) - Mehr als 220 Ereignisse weisen klares Radiosignal auf - Klare Abhängigkeit vom geomagnetischen Winkel: Bestätigt Geo-Synchrotronmodell Fig.: A. Haungs, Fig.: A. Haungs, Radio Emission in Atmospheric Air Showers: Results of LOPES-10, 2006 E P =4*10 17 eV

7 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 2.1 LOPES – Ergebnisse (2) 2.1 LOPES – Ergebnisse (2) Auswertung der Datennahme über 7 Monate (Stand: 2006) - Die Feldstärke folgt einem Potenzgesetz für die Primärteilchenenergie - Die Feldstärke fällt exponentiell mit dem Abstand Fig.: A. Haungs, Fig.: A. Haungs, Radio Emission in Atmospheric Air Showers: Results of LOPES-10, 2006

8 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 2.2 LOPES – Schlussfolgerungen 2.2 LOPES – Schlussfolgerungen Die Radio-Detektion hat großes Potential für die Untersuchung kosm. Strahlung Kostengünstig, d.h. ideal für großflächige Anwendungen (hohe Energien) Hoher Duty-cycle (>90%) Für autarken Einsatz (z.B. am PAO) ist jedoch ein Selbsttrigger notwendig!  LOPES STAR

9 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 3. LOPES STAR (SelfTriggered ARray) Umfasst 2 Antennenfelder à 4 LPD-Antennen 2 Kanäle/Antenne (N/S &O/W) Analoger Schwellwerttrigger: ➔ Triggerrate wird von RFI (Radio Frequency Interference) dominiert Mittels Fremdtriggerung durch KASCADE-Grande werden Daten gesammelt ➔ Entwicklung geeigneter Triggeralgorithmen T. Asch et. al., ICRC 2007

10 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 3.1 LOPES STAR - Schauerereignis EW NS LOPES STAR Azimuth φ = 293° Zenith θ = 48° KASCADE-Grande Azimuth φ = 295° Zenith θ = 44° E ≈ 6 · eV Fig.: T. Asch et. al., ICRC 2007

11 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 3.1 LOPES STAR - Triggerstrategie Sensibilisierung: - Schmalbandige Störquellen (z.B. TV-Transmitter) machen einen Großteil der empfangenen Leistung aus T. Asch et. al., ICRC 2007 Am p t t  Signal-Rausch-Verhältnis verbessert sich signifikant! - Deshalb: In Frequenzdomäne werden schmalbandige Signale unterdrückt - Dazu wird ein fremdgetriggerter Datenblock Fourier-transformiert

12 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 3.1 LOPES STAR – Triggerstrategie (2) Aussieben: - 4 Klassifikationsparameter: - Signal-Rausch-Verhältnis: snr - Anz. Pulse in einem def. Fenster: #Pulse - Breite des Pulses: d - Position des Pulses: t - Idealer Puls einer Radioemission + ungestörte Antenne: - snr groß - #Pulse = 1 - d ≈ 12.5 ns - Erfüllt ein gemessener Puls dies in gewisser Toleranz  mit anderen Antennen Koinzidenzüberprüfung mit anderen Antennen d

13 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 3.1 LOPES STAR – Triggerstrategie (3) Koinzidenzüberprüfung- Bedingungen für Triggerentscheid: - Mindestens 3 Kanäle registrieren einen “guten” Puls - Triangulation ergibt, daß Pulse nicht aus der horizontalen Ebene kommen Fig.: T. Asch et. al., ICRC 2007

14 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 3.2 LOPES STAR – Hardware-Implementierung 1. Implementierung via VHDL in FPGA-Hardware (Nur für 2 Kanäle oder 1 Antenne) 2. Testen auf der Basis einer Antenne 3. Weitere Untersuchungen für Inter-Antennen- Kommunikation --> Koinzidenz-Trigger

15 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 3.3 LOPES STAR – Hardware-Implementierung (2) Störunterdrückung: Blockweise FFT: Welche Blocklänge ist notwendig? Untersuchung  Für eine spektrale Auflösung ≤ kHz (oder Blocklänge ≥ 256) folgt eine gute Korrelation der wesentlichen Parameter: snr: block length 256 vs. 2048

16 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 4. LOPES STAR : Ausblick - Triggeralgorithmus in Software ist getestet und funktioniert unter schwierigen Bedingungen am FZK (Triggerschwelle: E P > 2*10 17 eV)* - Ab Anfang 2008: Hardware-basiert  Autarke Lösung - Einsatz sowohl am FZK als auch in Argentinen (P. Auger Observatorium) geplant. - Weitere Optimierung der Triggeralgorithmen: In Arbeit! * T.A.:

17 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 1.1 Hochenergetische kosmische Strahlung Hochenergetische kosmische Strahlung: - Entdeckt von Victor Hess beim Ballonflug - Besteht überwiegend aus Atomkernen (99%) und selten aus Elektronen oder γ-Quanten (1%). - Fluss fällt bei hohen Energien ab: - Entstehung ist unklar: Supernovae (bottom-up) oder Zerfallsprodukt schwerer Teilchen (top-down)? A. Haungs 2004

18 Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK 2.1 LOPES – Daten 2.1 LOPES – Daten 1. Phase: LOPES 10: - Umfasst 10 invertierte V-Dipol-Antennen - Misst nur die Ost-/West-Polarisation - Aufgenommener Datensatz umfasst Messzeit von 7 Monaten 2. Phase: LOPES 30: - Erweiterung auf 30 Antennen - Misst beide Polarisationsrichtungen - Ist mittels Referenzquelle absolut kalibriert worden


Herunterladen ppt "Astroteilchenschule Erlangen Okt.07 Merlin Manewald, IPE, FZK Nachweis der Radioemission von Luftschauern und Entwicklung eines Triggers mit LOPES STAR."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen