Нейтринный глубоководный телескоп.

Опубликовано 2012-05-01

Проект нейтринного телескопа НТ-1000 на основе существующего детектора НТ-200+ для исследования вселенной и причин возникновения высокоэнергетических излучений в космосе.

• 
• Схематичное изображение нейтринного телескопа кубокилометрового масштаба НТ-1000 на оз. Байкал. На верхнем рисунке показан вид сверху на НТ-1000. На левом нижнем рисунке показан кластер телескопа и на правом нижнем секция оптических модулей.

Так как нейтрино это элементарная частица слабо взаимодействующая с веществом, то она способна менее чем за секунду пролететь сквозь Землю совершенно не заметив её. Благодаря таким свойствам наблюдение нейтринных излучений представляет прекрасные возможности по астрономическому наблюдению вселенной. В отличие от других излучений, которые поглощаются межзвездной пылью, нейтрино свободно проникает сквозь материю и не взаимодействует с электромагнитными полями. Через каждого из нас за секунду пролетают триллионы нейтрино, но мы этого не замечаем. Источником нейтрино в космосе являются звезды и планеты.

• 
• Солнечные нейтрино: рождаются в термоядерных реакциях внутри Солнца.

Неуловимость нейтрино влечет и проблемы. Такую частицу трудно обнаружить. Чтобы построить нейтринный телескоп требуются большие масштабы. Построить такой детектор под землей (для избавления от фоновых излучений окружающей среды) будет дорогостоящим проектом. Поэтому Марковым М. А. в 1960 году была предложена идея подводного черенковского детектора.

В настоящее время, два подводных / подлёдных детектора принимают данные: Байкальский телескоп и телескопа ICE-CUBE на Южном полюсе. Кроме того, проекты NESTOR и ANTARES в Средиземном море присоединились к усилиям, направленным на создание подводного нейтринного телескопа. Но ни у одного из проектов нет таких перспектив как у байкальского нейтринного телескопа. Дело в том, что проекты подводных телескопов зависят от прозрачности воды. А подледные сложноэксплуатируемы по причине практической невозможности извлечения поврежденных детекторов из под километровой толщи льда. Прозрачность льда хуже чем у воды. Подземные детекторы требуют создания огромных искуственных помещений и их наполнения как минимум дистилированной водой. Озеро Байкал естественный водоем с самыми большими в мире запасами очень чистой воды. Зимой озеро покрывается льдом, что позволяет производить монтаж установки с поверхности льда. Нет необходимости создавать специальные суда для строительства и ремонта телескопа. Можно сказать природа "подарила" нам готовую среду для будущего нейтринного телескопа.

Работы, выполненные при создании установки, можно разбить на несколько этапов.

• 1960 г. - предложена идея большого подводного черенковского детектора (М. А. Марков).
• 1980 г. - начало байкальского эксперимента.
• 1981-1983 г.г. - первые эксперименты на Байкале с русскими оптическими модулями ФЭУ-49Б (фотоэлектронный умножитель). Освоение методики глубоководной регистрации. Измерение оптических характеристик водной среды в месте дислокации будущего детектора.
• 1984-1990 г.г. - строительство и эксплуатация глубоководной установки по поиску магнитного монополя, катализирующего распад протона. Установка состоящая из 12..36 ФЭУ-49Б, проработала 270 дней.
• 1987-1991 г.г. - создание и испытание глубоководного оптического модуля (ОМ) на основе фотоприемника “Квазар -370” (370 мм диаметр). Создание программ моделирования отклика ОМ на прохождения мюонов.
• 1989-1992 г.г. - проектирование глубоководного нейтринного телескопа НТ-200. Разработка и создание механических конструкций детектора и инженерного оборудования для его развертывания.
• 1993 г. - НТ-36, 3 гирлянды по 12 ФЭУ Квазар-370 = 36 оптических модуля.
• 1995 г. - НТ-72, 3 гирлянды по 24 ФЭУ Квазар-370 = 72 оптических модуля.
• 1996 г. - НТ-96, 4 гирлянды по 24 ФЭУ Квазар-370 = 96 оптических модуля.
• 1997 г. - НТ-144, 6 гирлянд по 24 ФЭУ Квазар-370 = 144 оптическимх модуля.
• 1998 г. - НТ-200, 8 гирлянд по 24 ФЭУ Квазар-370 = 192 оптических модуля.
• 2005 г. - НТ-200+, НТ-200 + 3 внешних гирлянды по 12 ФЭУ на каждой = 216 оптических модуля.
• Сейчас на основе детектора НТ-200+ предложен проект нейтринного телескопа НТ-1000 на основе новых оптических модулей из пермаллоя (для защиты от магнитного поля Земли).

В процессе строительства и модернизации установки ежегодно осуществлялись работы по поддержанию её работоспособности. В этой статье я предлагаю оценить незамысловатый и в тоже время имеющий фундаментальное значение труд наших ученых. Фотографии представлены за период с 1987 по 2005 годы не в хронологическом порядке. Большинство операций из года в год одинаковы.

• 
• Лед на Байкале необычный. Где-то он гладкий и прозрачный, а где-то вздымается непролазными глыбами.

• 
• А где-то даёт неожиданную трещину по среди зимы.

• 
• Поэтому на выбор местоположения телескопа влияло очень много факторов.

• 
• Лаборатория расположена около 106 километра Байкальской железной дороги

• 
• Центр управления нейтринным телескопом.

• 
• Привезли оборудование.

• 
• Вот так выгляди калибровочный лазер.

• 
• А это контроллер управляющий четырьмя оптическими модулями.

• 
• Фотоэлектронный умножитель Квазар

• 
• Так Квазары выглядят в паре на гирлянде

• 
• Подготовка техники к зимней работе.

• 
• Схема телескопа НТ-200

• 
• Телескоп НТ-200+ функционирующий на данный момент.

• 
• Вот так оптические модули фиксируют пролетающую частицу

• 
• Схема связи телескопа с наземной лабораторией по подводным оптическим кабелям.

• 
• Зимой всю технику перевозят с берега на место установки на льду. 1996 год.

• 
• Вид на ледовый лагерь с берега. Дистанция 3,6 км. 1997 год.

• 
• Ледовый лагерь. 1987 год.

• 
• Начинают делать лунки.

• 
• Формирование "лунок".

• 
• Вода "закипает" освободившись от льда и бьет фонтанами.

• 
• Вода необычайно прозрачная.

• 
• Здесь будет крепиться кран.

• 
• Это ось крепления.

• 
• Притянули кран.

• 
• Установили освещение.

• 
• Сбор семи шестигранных платформ связывающих гирлянды. 1997 год.

• 
• Погружение шестигранной платформы.

• 
• Кран в работе.

• 
• Без ручного труда никак.

• 
• Установка первых оптических датчиков ФЭУ 49Б. 1987 год.

• 
• Комиссия обследует Квазары.

• 
• Монтаж оптических модулей.

• 
• Подключение системного контроллера.

• 
• Один из семи 25 метровых кабелей соединяющий центральную гирлянду с периферийными.

• 
• Монтаж системного контроллера оптических модулей.

• 
• Системный контроллер готов к погружению.

• 
• Верх гирлянды длинной 1 км.

• 
• Монтаж лазера.

• 
• Лазер готов к погружению.

• 
• Погружение лазера.

• 
• Погружение связки буев, благодаря которым гирлянда не тонет.

• 
• Иногда нужен водолаз.

• 
• Подключение гирлянды.

• 
• Холодный день.

• 
• Иногда приходилось работать в темное время суток.

• 
• Генератор.

• 
• Предварительная калибровка погруженного оборудования.

• 
• Ужин после работы

• 
• Помлеобеденный перекур

• 
• Кормление лабораторной собаки.

• 
• Помывка в бане.

• 
• Комплекс регистрации событий.

• 
• Программирование модели.

• 
• Обычный сибирский хакер.

• 
• После выполнения зимней работы группа возвращается в институт ядерной физики в Дубне

• 
• И начинаются доклады о проделанной работе и о том, что предстоит сделать.

• 
• Рассмотр альтернативного проекта подледного телескопа на южном полюсе.

• 
• Топографическая схема проекта НТ-1000.

• 
• Принципиальная схема работы телескопа НТ-1000.

• 
• В телескопе НТ-1000 будут использованы новые оптические модули из Пермаллоя.

Источник https://sdelanounas.ru/blogs/17061/