ЗОНД ДЛЯ СБОРА ДАННЫХ О ЯВЛЕНИИ ПРОБОЯ НА УБЕГАЮЩИХ ЭЛЕКТРОНАХ

Авторы
Курмашева Т.А.(1), Архангельская И.В.(2), Архангельский А.И.(2)
Организации
(1) Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
(2) Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Сессия
Космическое приборостроение и эксперимент
Форма представления
Стендовый
Место работы научного руководителя
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Научный руководитель
Архангельская И.В.
Текст тезисов
В данной работе рассматриваются процесс создания и результаты калибровки сцинтилляционного детектора, который используется в качестве полезной нагрузки прототипа зонда формата CubeSat для сбора данных об электродинамических процессах в грозовой атмосфере. Особый интерес представляет явление пробоя на убегающих электронах, следствием которого, предположительно, является возникновение TGF (Terrestrial Gamma-ray Flashes) [1-3]. Суть эксперимента заключается в наблюдении за изменением потоков электронов.
Для сбора данных был разработан детектор, состоящий из сцинтилляционного счетчика из полистирола толщиной 3 мм с размерами 15×15 мм2, обернутого майларом и соединенного силиконовой смазкой BC-630 с двумя кремниевыми фотоумножителями (SiPM) каждый площадью 3×3 мм2 (SensL MicroSB-30035-X13 [4]) аналогично детекторам заряженных частиц, использующимся в мониторе пучка при калибровках гамма-телескопа ГАММА 400 [5-7]. Сигналы от каждой пары SiPM усиливаются четырьмя двухступенчатыми быстродействующими формирователями-предусилителями на основе Analog Devices AD8000 [8], генерирующими выходные сигналы с временем нарастания порядка нескольких наносекунд. Для оцифровки данных используется АЦП AD-7768-1 [9]. Имеется возможность варьировать размеры использованного в конструкции сцинтилляционного детектора без какого-либо изменения электронных компонентов, что позволяет эффективно использовать его в различных конфигурациях аппарата — как в условиях стратосферы, так и на низких орбитах.
Временное разрешение детектора составляет порядка 200 пс, время нарастания же составляет 1–2 нс. Таким образом результаты калибровки детекторов монитора пучка на синхротроне СР 25 «ПАХРА» показывают, что такие детекторы пригодны для регистрации временных профилей потоков электронов, вызывающих TGF. В качестве базового теста проводилась регистрация вторичных электронов, мюонов и позитронов при помощи разработанного сцинтилляционного детектора, подключенного к осциллографу RIGOL MSO4054. Таким образом, детектор, аналогичный монитору пучка, используемому при калибровках гамма-телескопа ГАММА 400 [5-7], может применяться для регистрации электронов, как вторичных космических лучей, так и возникающих во время пробоя.
В ходе работы был определён и выбран состав аппаратной платформы устройства, начат этап прототипирования, разработана модель корпуса зонда, подготовлен макет детектора, используемого в качестве полезной нагрузки и показана возможность регистрации временных профилей потоков электронов, возникающих во время пробоя, с помощью детектора, аналогичного детекторам монитора пучка [5,6], используемых при калибровках гамма-телескопа ГАММА 400. Также рассматривается возможность добавления в конструкцию детектора на основе кристалла CsI(Tl) или BGO, что позволит регистрировать всплески рентгеновского и γ излучения непосредственно от TGF [10].

ЛИТЕРАТУРА
1. Cramer E S and Dwyer J R 2017 Lunar and Planetary Science XLVIII (Texas: Lunar and Planetary Institute) p 2847
2. Гуревич А.В., Зыбин К.П. УФН. Т.171. №11. С. 1177 (2001).
3. Sarria D et al. Proc. of the SF2A 2015
4. B-Series Fast, Blue-Sensitive Silicon Photomultiplier Sensors DATASHEET
5. Arkhangelskiy A I et al. 2019 Bull. of RAS: Physics, V. 83, No. 5, P. 625.
6. Arkhangelsky A I et al. 2019 J. Phys.: Conf. Ser. 1390 012130
7. Topchiev N. P., Galper A. M., Bonvicini V., et al. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2015. V. 79(3). P. 417.
8. AD8000 1.5 GHz, Ultrahigh Speed Op Amp. Data Sheet Rev. C
9. AD7768-1 (Rev. A). DC to 204 kHz, Dynamic Signal Analysis, Precision 24-Bit ADC with Power Scaling. Data Sheet.
10. T A Kurmasheva et al 2020 J. Phys.: Conf. Ser. 1690 012074