Реферат Отчет 142 стр., 13 рис., 7 таблиц, список литературы 2 наименования
Скачать 1.46 Mb.
|
Введение: цель, задачи и результаты выполнения работ.Цель работ. Основной целью работы является формирование принципов построения и функционирования основных программных модулей для решения научных задач в эксперименте с широкоапертурным гамма-телескопом. Разработка систем хранения и передачи данных в блоке электроники прибора. Оптимизация технологии изготовления элементов кодирующей маски широкоапертурного гамма-телескопа. Проработка методики локализации гамма-квантов в позиционно-чувствительном детекторе широкоапертурного гамма-телескопа. Оптимизация теплового режима функционирования широкоапертурного гамма-телескопа на космическом аппарате. Задачи работ. Основные задачи работ, выполняемых согласно техническому заданию (ТЗ) на научно-исследовательскую работу «Проработка предложений по проведению мониторных наблюдений астрофизических источников и фона в жестком рентгеновском и гамма-излучении (0.05 – 1.0 МэВ)» на этапе 3 в 2008 г. заключались в: - формировании принципов построения и функционирования основных программных модулей для решения научных задач в эксперименте с широкоапертурным гамма-телескопом; - разработке системы хранения и передачи данных в блоке электроники прибора; - оптимизации технологии изготовления элементов кодирующей маски широкоапертурного гамма-телескопа; - проработке методики локализации гамма-квантов в позиционно-чувствительном детекторе широкоапертурного гамма-телескопа; оптимизации теплового режима функционирования широкоапертурного гамма-телескопа на космическом аппарате. (пп. 2.3.2, 2.3.3, 2.3.4, 3.2.2, 3.2.3, 3.2.4 ТЗ) Результаты выполнения работ. В результате выполнения работ были получены новые научные знания, созданы новые программные средства решения поставленных научных задач: - сформированы принципы построения и функционирования основных программных модулей для решения научных задач в эксперименте с широкоапертурным гамма-телескопом; эти модули обеспечивают: расчет матрицы отклика прибора в рамках решения обратной задачи – восстановление изображений по выходным параметрам, моделирование взаимодействий гамма-квантов в позиционно-чувствительном детекторе, управление данными в блоке электроники прибора. - разработана система хранения и передачи данных в блоке электроники прибора, позволяющая. формировать весь объем информации с позиционно-чувствительных детекторов. - оптимизирована технология изготовления элементов кодирующей маски широкоапертурного гамма-телескопа на основе использования тантала в качестве материала маски. - проработана методика локализации гамма-квантов в позиционно-чувствительном детекторе широкоапертурного гамма-телескопа на основе моделирования физических взаимодействий гамма-квантов в веществе кодирующей маски и позиционно-чувствительного детектора; в результате решена обратная задача восстановления изображения наблюдаемого участка неба по выходным показаниям детектора. - оптимизирован тепловой режим функционирования широкоапертурного гамма-телескопа на космическом аппарате, в том числе проработаны технические предложения по обеспечению теплового режима функционирования детекторов широкоапертурного гамма-телескопа на борту серийного космического аппарата нового поколения, проработаны технические предложения по обеспечению теплового режима функционирования электроники широкоапертурного гамма-телескопа с бортом космического аппарата. Гл. 1. Принципы построения и функционирования основных программных модулей для решения научных задач в эксперименте с широкоапертурным гамма-телескопом. §1.1. Основные научные задачи в эксперименте с широкоапертурным гамма-телескопом и методы их решения. Основная научная задача эксперимента с широкоапертурным гамма-телескопом – мониторные наблюдения всего неба в гамма диапазоне (0.05 – 1.0 МэВ) с целью исследования временных явлений в астрофизике: космических гамма-всплесков, сверхновых и новых звезд, вспышек в звездных системах, содержащих нейтронные звезды и черные дыры. Исследование указанных явлений напрямую связано с такими фундаментальными проблемами современного естествознания, как происхождение и эволюция Вселенной, природа темной материи и темной энергии, поведение материи и структура пространства-времени в сверхсильных гравитационных и электромагнитных полях. В частности, изучение космических гамма-всплесков на сегодняшний день остается одной из основных задач современной астрофизики, поскольку это явление является самым мощным из всех процессов, наблюдаемых в природе, а его природа до конца не понята. Для решения указанных научных задач предполагается использовать широкоапертурный гамма-телескоп, построенный на основе сочетания позиционно-чувствительного детектора (ПЧД) и кодирующей маски. Главное отличие эксперимента от уже проводившихся состоит в квазиполусферической конфигурации маски и ПЧД, что обеспечивает возможность построения изображений обширных областей звездного неба в диапазоне жесткого рентгеновского и гамма-излучения наряду с длительными непрерывными наблюдениями отдельных источников. При этом за счет, главным образом, большого времени экспозиции наблюдаемых объектов в обзорном эксперименте может быть обеспечена чувствительность на порядок превышающая уровень, достигнутый в современных гамма-астрономических экспериментах. Рабочий энергетический диапазон гамма-телескопа составляет (0.1-1 МэВ). В этом диапазоне энергий преобладающим процессом взаимодействия гамма-квантов с веществом является комптоновское рассеяние, определяющее возможную точность локализации места взаимодействия гамма-квантов в ПЧД. Получение изображения в таких приборах основано на двухступенчатой процедуре: сначала падающее излучение модулируется так называемой кодирующей маской, представляющей собой определенную конфигурацию прозрачных и непрозрачных элементов; затем промодулированное излучение регистрируется детектором, выходные показания которого обрабатываются с использованием алгоритма численной реконструкции образов. Для заданного расстояния между кодирующей маской и позиционно-чувствительным детектором основным фактором, ограничивающим угловое разрешение телескопа и точность локализации источника, является конечное пространственное разрешение позиционно-чувствительного детектора (ПЧД). Точность, с которой возможно локализовать точечный источник в поле зрения прибора определяется способностью регистрировать края тени, отбрасываемой элементами маски на поверхность ПЧД. Таким образом, при заданной статистической достоверности данных, угловые характеристики телескопа в значительной мере определяются его конфигурацией. При этом разрешение непосредственно зависит от угла, под которым элемент маски «виден» с плоскости детектора и, следовательно, от размеров этого элемента. Однако размер элемента маски бессмысленно делать меньше величины, соответствующей позиционному разрешению детектора, поскольку, чем меньше размер элемента маски, тем большую роль играют случайные ошибки в определении места взаимодействия регистрируемого гамма-кванта в детекторе. Поэтому максимальное угловое разрешение, а значит и минимальный размер элемента кодирующей маски, задаются позиционным разрешением детектора. Можно показать, что ограниченное позиционное разрешение, однородное по всей плоскости детектора, приводит к дефокусировке изображения, то есть при одной и той же интенсивности наблюдаемого источника с уменьшением размера элемента кодирующей маски интенсивность пика функции отклика относительно фона уменьшается, при этом суммарное число отсчетов под пиком функции отклика сохраняется, хотя чувствительность прибора падает. Другими важными требованиями к ПЧД являются необходимость однородности эффективности и позиционного разрешения по всей плоскости детектора. При конструировании изображающих систем необходимо учитывать ожидаемое количество источников и их распределение в поле зрения прибора. При относительно небольших энергиях (менее десятков кэВ) решеточные коллиматоры могут использоваться для ограничения поля зрения каждого элемента ПЧД и тем самым для снижения уровня аппаратурного фона, который при этих энергиях в основном определяется рассеянным (диффузным) излучением в поле зрения детектора. При очень больших энергиях гамма-квантов (свыше десятков МэВ) различные методы определения направления регистрируемого гамма-квантов (искровые камеры, черенковские детекторы) позволяют снизить фоновый уровень за счет исключения гамма-квантов, приходящих вне поля зрения прибора. Однако, в диапазоне мягкого гамма-излучения ни один из этих методов не работает, поэтому в принципе могут регистрироваться гамма-кванты от источников за пределами поля зрения прибора. Программные модули, разработанные для широкоапертурного гамма-телескопа, выполненного в форме додекаэдра, могут быть адаптированы для различных узоров кодирующей маски (геометрический, типа HURA, а также маски спирального типа с постоянным и с переменным расстоянием между отверстиями, расположенными вдоль линии спирали). Спиральные маски можно отнести к маскам псевдослучайного типа. Меняющееся расстояние между отверстиями, а также направление векторов, соединяющих их центры, приводит к уникальности формы светотени на поверхности ПЧД для каждого положения источника. Было показано, что оптимальными в плане качества изображений для выбранной конфигурации гамма-телескопа являются псевдослучайные спиральные маски. Для случая, когда скорость счета элементов ПЧД, определяемая исследуемыми источниками в поле зрения прибора, мала по сравнению с постоянно присутствующим фоном, определяемым другими причинами (основная из них – излучение, возникающее в космическом аппарате при взаимодействии его вещества с частицами) площадь прозрачной части маски должна составлять около половины ее полной площади. Для более ярких исследуемых источников эта доля должна быть несколько меньше. С учетом этого были выбраны узоры маски с отверстиями диаметром 1 см и 1.5 см, предназначенные для работы с ПЧД, имеющим соответствующий диаметр кристаллов. В каждом случае сторона пятиугольника маски (или ПЧД) принималась равной 16.5 см. Расстояние между витками спирали оставалось постоянным, при этом расстояние между соседними отверстиями вдоль спирали увеличивалось от минимальной до максимальной величины каждый раз на одно и то же значение. Для решения рассмотренных выше научных задач в эксперименте с широкоапертурным гамма-телескопом были разработаны программные модули, обеспечивающие решение обратной задачи – восстановление изображений по выходным параметрам, а также моделирование взаимодействий гамма-квантов в веществе кодирующей маски и позиционно-чувствительного детектора. §1.2. Cтруктура и объем выходных данных. При регистрации события (приход гамма-кванта или частицы) на выходе соответствующего блока ПЧД возникает импульс «приход гамма» Одновременно с его приходом в выходном регистре блока ПЧД появляется информация, относящаяся к зарегистрированному событию. Эта информация хранится в регистре до следующего импульса «приход гамма». Она имеет следующую структуру: 5 бит – «энергия гамма»» 14 бит – «код кристалла» 3 бита – «тип события» 12 бит – «код АЦПБ» 12 бит – «код АЦПМ» 14-разрядный «код кристалла» в БИ преобразуется в «номер кристалла», позволяющий идентифицировать один из 61 кристаллов ПЧД, с которым могло произойти взаимодействие. Преобразование может быть выполнено согласно таблице соответствия: каждому из 61 кристаллов соответствует определенный 14-разрядный «код кристалла». При несоответствии «кода кристалла» ни одному из 61 вариантов событие считается фоновым, ему присваивается нулевой номер кристалла. Таким образом, для кодирования номера кристалла требуется 6 бит Каждому блоку ПЧД присваивается «Номер ПЧД» (от 1 до 5), который используется при формировании выходных массивов. Номер может быть закодирован 3 битами. 5-битный код энергии может быть преобразован в 3 бита, которые кодируют номер одного из 8 энергетических интервалов. В результате каждому событию, связанному с взаимодействием гамма-кванта с одним из детекторов, соответствует 39 бит информации. На основании этой информации бортовой информационный блок формирует следующие типы информационных кадров: A) Кадр «Мониторинг» (1 раз в 5 секунд) содержит: Число событий с определенным кодом «энергия гамма», определенным «типом события», и определенным «номером ПЧД», произошедших за секунду. Всего предполагается передавать 22 параметра, указанные в таблице. На каждый параметр отводится по 2 байта. 7 параметров передаются раздельно для каждого блока ПЧД, остальные 15 суммируются по всем блокам. Структура информации идущей с каждого ПЧД, накапливаемой и передаваемой на Землю представлена в табл. 1.1. Таблица 1.1.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Реферат Отчет стр., рис., таблиц, список литературы 4 наименования Директор научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцына мгу имени М. В. Ломоносова | | А. В. Брюханов летопись природы Отчет «Летопись природы национального парка «Зюраткуль» за 2002 год» содержит 187 стр., включая 6 таблиц и 5 приложений. Список использованной... |
| Реферат Отчет 120с., 13 рис., 19 таблиц в тексте, 39 источников Фундаментальные исследования, организация управления фундаментальными исследованиями, масштабы, тенденции развития фундаментальных... | | Реферат Отчет 25 стр., 1 рис Ключевые слова: космология, внегалактическая астрономия, звезды, межзвездная среда, активные ядра |
| Реферат Отчёт изложен на 36 страницах, включает 12 таблиц, 3 рисунка,... «Мониторинг и прогнозирование состояния продовольственной безопасности на территории Калужской области. Практические рекомендации... | | Реферат Требование к структуре реферату Реферат должен быть выполнен самостоятельно каждым студентом на 5 или более листах формата А4 (не включая титульный лист, содержание,... |
| Реферат Отчет: 180 стр., 11 рис., 12 табл., 72 источника ... | | Тематическое планирование стр. 7 2 Требования к уровню подготовки... В числе приоритетных целей изучения музыкального искусства в начальной школе выступают |
| Реферат Баранов К. Г., Игнатенков А. И. Дипломный проект на тему... Общий объем проекта составляет 78 страниц. Дипломный проект содержит 1 рисунок, 16 таблиц. Список литературы представлен 30 источниками... | | Реферат (18 стр., рис., 3 табл.) Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо ракитинское |
| Реферат Отчет с. 22, рис., 3 табл Объектом исследования являлись системы централизованного водоснабжения мо г п. Одоев | | Реферат. Отчет…23с., рис., 4 табл Объектом исследования являлись системы централизованного и локального водоотведения мо кожинское |
| Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58 | | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58 |
| Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Отчет о нир 65 с., 2 рис., 1 табл., приложений 2, источников использованной литературы 58 |  | Реферат Отчет 35 с., 3 главы, 16 рис., 1 табл., 12 источников, 5 прил Объектом разработки является программа восстановления каркасных 3D объектов по 2D проекциям |
