Schema de realizare a proiectului
Faza nr. 1
Responsabil: Dr. T. Preda
Termen de predare: 30.04.2016
Titlu: “Studiul experimental și simulări Monte Carlo pentru senzorii subțiri din GaAs și Si cu potențial de utilizare în științele spațiale”
Abstract: Au fost dezvoltate programe software orientate pe obiecte pentru prelucrarea unui volum mare de date experimentale, colectate de la prototipuri de calorimetre electromagnetice cu absorbanți de wolfram, de 3.5 mm grosime, și cu senzori cu pad-uri din GaAs sau Si ca elemente senzitive (pad-ulrile fiind de ordinul câtorva milimetri). Aceste prototipuri au fost expuse în fascicule colimate de electroni cu energia de 2 GeV, de la acceleratorul DESY II, Hamburg, Germania și, de asemenea, în fascicule de electroni, muoni și hadroni de 5 GeV, de la acceleratorul PS – Proton Synchotron, CERN, Geneva. Construcția prototipurilor – senzorii cu pad-uri, plăcile de wolfram cu înaltă planietate, structura metalică ce permite o aliniere de înaltă precizie a plăcilor de wolfram și a senzorilor, ASIC-urile pentru electronica front-end bazate pe tehnologia IBM CMOS 130 nm, ASIC-urile pentru ADC-urile multicanal, concentratorii de date etc. – a fost realizată în cadrul colaborării internaționale FCAL care drept scop dezvoltarea de calorimetre forward, pentru măsurarea cu înaltă precizie a luminozității la viitoarele collidere liniare electron-pozitron ILC-Japonia și/sau CLIC-CERN. Infrastructura adiționala pentru măsurătorile de la acceleratori, cum ar fi: telescoapele de înaltă precizie cu detectori cu pixeli sau stripuri pentru reconstrucția traiectoriilor particulelor din fasciculul incident, detectorii Cerenkov, sistemele de triggerare și achiziție etc. – a fost finanțată prin programul European AIDA (Advanced European Infrastructures for Detectors and Accelerators).
Au fost dezvoltați algoritmi de analiză a semnalelor electrice într-un stil original, considerând întregul eveniment, care conține date pentru fiecare senzor, fiecare chip de electronică și fiecare canal de electronică. Software-ul dezvoltat a permis: (a) “omogenizarea” datelor printr-un proces iterativ; (b) extragerea zgomotului comun (CMN) per fiecare chip, utilizând în calcule 8 canale de electronică, în loc de 4 cât utilizează alte grupe, ceea ce a permis reducerea zgomotului cu aproximativ 60%. A fost realizată o metodă originală de separare a electronilor de muoni, permițând o calibrare energetică foarte bună și o analiză a fluctuațiilor pierderilor de energie de tip Landau în straturile subțiri ale senzorilor și, de asemenea, determinarea cu precizie a evoluției pe longitudinală a jerbei electromagnetice.
Au fost dezvoltate programe în C++ de simulare Monte Carlo a întregului set-up experimental pe baza claselor din toolkit-ul GEANT4 pentru trasarea particulelor în detector și interacția acestora cu substanța. Rezultatele obținute privind fluctuațiile pierderilor de energie prin ionizare ale muonilor în senzorii subțiri de siliciu și arseniură de galiu sunt în bună concordanță cu rezultatele noastre experimentale.
Faza nr. 2
Responsabil: Dr. Gina Isar
Termen de predare: 15.06.2016
Titlu: Studii si tehnici avansate pentru radiatiile cosmice de energii ultra-inalte masurate la sol
Abstract: La mai bine de un secol de la descoperirea radiatiilor cosmice domeniul multidisciplinar al fizicii astroparticulelor si al energiilor inalte este unul de mare interes la nivel international. Radiatiile cosmice sunt masurate fie direct din spatiul cosmic cu detectori amplasati la bordul satelitilor, sau indirect in atmosfera Pamantului, la sol, subsol, ghiata, apa etc. Masuratorile indirecte sunt facilitate de jerbele atmosferice dezvoltate in atmosfera in urma interactiei particulei primare de radiatie cosmica cu constituentii atmosferici.
Observatorul Pierre Auger este cel mai mare experiment de radiatie cosmica din lume, extins pe o suprafata de 3000 km patrati in pampasul Argentinian. Este vorba despre un experiment super-hibrid care utilizeaza tehnici complementare de detectie precum: detectori Cerenkov, telescoape optice si statii radio.
Din noiembrie 2015, Observatorul Pierre Auger a intrat intr-o noua etapa de upgrade care va permite continuarea masuratorilor cu detectori imbunatatiti si statistica marita pentru inca 10 ani. Romania participa in colaborarea internationala Pierre Auger in calitate de tara membra cu drepturi depline din 2014, fiind reprezentata de patru institutii nationale, printre care si Institutul de Stiinte Spatiale – ISS. Obiectivele acestui proiect vin in suportul ISS la efortul de upgrade al detectorilor experimentului Auger, avand ca rezultate preconizate: 1) simularea si analiza evenimentelor de radiatie cosmica la energii ultra inalte, 2) sporirea suportului de calcul a infrastructurii GRID ISS in cadrul Auger GRID VO, 3) realizarea unui lant de testare a noilor kit-uri de electronica a detectorilor Cerenkov de suprafata a Observatorului Pierre Auger.
Faza nr.3 Partea I-a
Responsabil: Dr E. Firu
Termen de predare: 15.07.2016
Titlul: “Disocierea elecromagnetică in emulsia nucleara la energii mai mici de 5 GeV”
Abstract: Emulsia nucleara este unul din cei mai longevivi detectori folositi in domeniul fizicii nucleare relativiste. Emulsia nucleara este un detector solid in care se stochează informatia lasata de particule la trecerea prin mediul detectorului. Interactiile in emulsia nucleara sunt studiate cu metode vizuale după devlopare. In aceasta faza a proiectului au fost analizate interactiile nucleului de 3He in emulsia nucleara la energia de 1GeV. Iradierile au avut loc la Nuclotronul–Dubna – Rusia in cadrul colaborarii dintre ISS si JINR. Pentru a atinge obiectivele propuse mai intai au fost investigate criteriile de selectie pentru interactiile ED (ED – Electromagnetic Dissociation) si tipurile de clusterizare in emulsia nucleara apoi a fost studiata topologia de sarcina a nucleului de 3He, drumul liber mediu si sectiunea eficace a acestuia. In urma acestui studiu s-a observat ca valoarea experimentala obtinuta pentru drumul liber mediu si sectiunea eficace de interactie in cazul interacțiilor nucleare este apropiata de valoare teoretica si ca drumul liber mediu pentru interacțiile nucleare descrește cu sarcina incidentă în acord cu datele obținute în alte experimente.
Faza nr.3 Partea a II-a
Responsabil: Dr. A. Neagu
Termen de predare: 15.08.2016
Titlul: “Disocierea electromagnetică în emulsia nucleară la energii mai mici de 5 GeV”
Abstract: În această a doua parte a fazei proiectului au fost analizate aspecte ce țin de unghiul polar pentru particule cu sarcina 1 în disocierea electromagnetică a nucleului de 3He în emulsia nucleară, unghiul dintre particulele cu sarcina 1 emise în disociarea electromagnetică a nucleului de 3He în emulsia nucleară si impulsul transvers ale particulelor relativiste emise în disocierea 3He. Rezultatele obținute au fost comparare cu cele simulate si pun în evidență efecte deosebit de interesante, care necesită continuarea unui studiu aprofundat, pe baza unei statistici mărite de evenimente. Explicația acestor efecte poate de asemenea să necesite utilizarea altor coduri de simulare care țin cont de alte modele care să conducă la o reproducere a datelor expeimentale sau la punerea în evidență a unor procese pe care aceste coduri nu le iau în considerare.
Faza nr. 5
Responsabil: Dr. M.I. Cherciu
Termen de predare: 15.09.2016
Titlul: “Studii privind modurile colective ale nucleelor departe de linia de stabilitate:
Abstract: Modurile colective ale nucleelor departe de linia de stabilitate joaca un rol cheie în înțelegerea proprietăților fundamentale pentru sistemul de mai multe corpuri (many-body), a proceselor de nucleosinteza a elementelor in Univers și asupra proprietăților de simetrie a materiei nucleare. În cadrul facilității internaționale FAIR-GSI, Germania, studierea nucleelor departe de valea de stabilitatea se va face cu ajutorul ansamblului experimental R3B (Reactions with Relativistic Radioactive Beams). Un aspect important în descrierea/înțelegerea proceselor nucleare îl joaca codurile Monte Carlo. În acest sens am evaluat modul de comportare al codului de simulare FLUKA asupra modurilor colective pentru nucleele stabile respectiv exotice. Codul de simulare FLUKA este un cod Monte-Carlo pentru transportul și interacția particulelor cu materia acoperind o plaja larga de aplicații: de la alegerea scuturilor de protecție din jurul acceleratoarelor, calorimetrie, activare, dozimetrie, modelarea detectoarelor de particule, raze cosmice, radioterapie, etc. FLUKA este scris în FORTRAN și combină eficient: bazele de date (secțiuni eficace de interacție) experimentale cu modele teoretice și/sau cu parametrizări obținute prin fitări ale datelor experimentale. Obținerea rezultatelor de interes presupune modificarea subrutinelor, specifice codului de simulare FLUKA, întocmai experimentului însuși, scrierea în fișiere specifice cadrului ROOT și analiza eveniment cu eveniment a datelor de fizica. Rezultatele studiilor evidențiază faptul că, dacă pentru nucleele stabile (124Sn, 18O) comportarea codului de simulare FLUKA este acceptabilă, pentru nucleele exotice (14B, 132Sn) acesta nu reușește să reproducă datele experimentale din literatură, sugerând astfel necesitatea îmbunătățirii bazei de date/modelelor teoretice.
Faza nr. 9
Responsabil: Dr. Marian Traian Ghenescu
Termen de predare: 09.12.2016
Titlu: “Studiul influentei radiatiilor ionizante asupra proprietatilor fizice ale structurilor fotovoltaice de tipul A2B6 cu jonctiuni multiple”
Abstract: Celulele solare de tip multi-jonctiune (MJ) reprezintă structuri fotovoltaice cu doua sau mai multe jonctiuni pn, configurațiile acestora ținând cont de grosimea fiecărui substrat si de asemenea de energia benzii interzise. Mediul extra-terestru sau spatial cosmic este format dintr-o mare varietate de particule incarcate cu un spectru energetic larg. Particulele dominante din spatiul cosmic sunt electronii si protonii sau o combinație a acestora in functie de orbita aleasa. Expunerea la astfel de particule duce la degradarea considerabila a performantelor electrice ale dispozitivelor pe baza de materiale semiconductoare, in special a celor care nu sunt acoperite cu alte materiale de protectie. Asadar, intelegerea raspunsului la radiatii cosmice a dispozitivelor electronice este extrem de importanta in vederea stabilirii cu exactitate a ciclului de viata a unui dispozitiv implicat intr-o misiune spatiala. In vederea determinarii dependentei energiei de stopare pentru protoni si particule alfa in structura fotovoltaica MJ, pentru un spectru larg de energii, am folosit simulari MC. Simularile MC au folosit softuri dedicate, rezultatele obtinute au tinut cont de distributia spatiala si energetica a fluxului de particule. Doza acumulata de structura fotovoltaica pe baza de ZnS/CdS/CdTe pentru acelasi tip de particule incidente este comparabila cu cea acumulata de structurile fotovoltaice pe baza de Si sau GaAs. Rezultatele obtinute si interpretarea acestora sustin folosirea compusilor de tipul A2B6 ca surse de energie pentru aplicatii spatiale.