Detectores de rayos cósmicos aplicados a estudios de ...02/06/15 Seminario Partículas 38/44 Estrategia Construcción de prototipo (MuBar) en LabDPR (en progreso) Simulación del

MuBar/MuTeDetectores de rayos cósmicos aplicados a

estudios de muongrafía volcánica

Hernán AsoreyLabDPR-CABTeP

Seminarios de Partículas01/Junio/2015

02/06/15 Seminario Partículas 2/44

Volcanes, según wikipediaVolcanes, según wikipedia

• Fisuras de venteo

• Volcanes blindados

• Domos de lava

• Cripto-domos

• Conos volcánicos

• Estrato-volcanes

• Supervolcanes

• Submarinos, Subglaciales, volcanes de lodo

02/06/15 Seminario Partículas 3/44 Desarrollo dependiente de la composición del primario

p Fe

em hdmu

E=5x1014 eV

Primario

Secundarios

Lluvias Atmosféricas ExtendidasLluvias Atmosféricas Extendidas

p++Y A

Z→γ+e±

+μ±+π

±,0+K± ,0

+ p++ n+…


Blindaje: 1 atmósfera=91 cm de plomoBlindaje: 1 atmósfera=91 cm de plomo

Nivel del MarNivel del Mar750 partículas/m750 partículas/m22 s s

BucaramangaBucaramanga1150 partículas/m1150 partículas/m22 s s

BogotáBogotá2900 partículas/m2900 partículas/m22 s s

PáramoPáramo3350 partículas/m3350 partículas/m22 s s

ChacaltayaChacaltaya7100 partículas/m7100 partículas/m22 s s

AviónAvión78000 partículas/m78000 partículas/m22 s s


Simulaciones del flujoSimulaciones del flujo

● Magnetocosmics● Campo geomagnético → Rigidez local y direccional: Rc()

● GDAS (Global Data Assimilation system)● Perfiles atmosféricos locales (H.A. et al, ICRC 2013)

● CORSIKA (Cosmic Rays Simulation for Kascade)● Flujo completo de primarios

● 1H1 → 56Fe26

● 0° < < 90°, -180° < < 180°

● Z Rc(< E < 106 GeV

● → Distribución de secundarios al nivel del suelo


Bariloche, Argentina, 850 m s.n.m.Bariloche, Argentina, 850 m s.n.m.

N/Ntot = 21%

Muón!p ~ 40 TeV/c


Base Volcán Galeras, Colombia, 3450 m s.n.m.Base Volcán Galeras, Colombia, 3450 m s.n.m.

N/Ntot = 14%


Muones: alta energíaMuones: alta energía

4000 m a.s.l. HE (E>800 GeV) secondaries simulated flux (1 m², 1 month)


Stopping power (muones)Stopping power (muones)

Groom, 2001

Ec ~ 1 TeV (Berger aprox., dE/dXrad=dE/dXion)

1 cm

en

agua

↔ 1

g/c

m²


Poder de penetración de muonesPoder de penetración de muones

HA-XB, 2014


““Radiografía” de muones → “Muongrafía”Radiografía” de muones → “Muongrafía”

● Objeto con una distribución desconocida de densidades● Medir el flujo direccional de muones a través del objeto● Comparar el flujo direccional con un flujo de referencia

● → Opacidad direccional [g/cm²]● Geometría externa del Objeto

● → Longitud direccional de interacción [cm]● Opacidad direccional● Longitud direccional

● → Densidad a lo largo de dirección de propagación del muón


Flujo direccionalFlujo direccional

● Tiempos típicos de integración, dependen del espesor y de la densidad: Semanas a meses (Lesparre, 2010)

● Estimación (HA-XB, 2014):


Geometría externa de un volcánGeometría externa de un volcán

● HA, XB et al, 2014

● Datos (30x30)m


Muongrafía de volcanes: Mt. Iwodake (Japón)Muongrafía de volcanes: Mt. Iwodake (Japón)


Muongrafía de volcanesMuongrafía de volcanes

Tanaka et al., Geophys. Res. Let. 36, L01304, 2009


ToMuVol → Puy de DômeToMuVol → Puy de Dôme

● Volcán inactivo (11000 años)

● Instalado en una caverna artificial → 60 m de concreto

● Distintas configuraciones geométricas de las cámaras ensayadas

C. Cârloganu et al., Geosci. Instrum. Method. Data Syst., 2, 55–60, 2013


ToMuVol → basado en gRPCToMuVol → basado en gRPC

02/06/15 Seminario Partículas 18/44 A. Portal et al., Geosci. Instrum. Method. Data Syst., 2, 47–54, 2013

Comparaciones con otros métodosComparaciones con otros métodos

● ERT (Electrical Resistivity Tomography)

● Mediciones gravimétricas● Muongrafía


Vn. EtnaVn. Etna

Carbone et al, Geophys Jour Int, 196, 633-643 (2014)


Disposición y profundidad de rocaDisposición y profundidad de roca


Resolución esperada vs tiempo de observaciónResolución esperada vs tiempo de observación


Erupción (SEC, 2008)Erupción (SEC, 2008)


Perfil de densidades observado en 2010Perfil de densidades observado en 2010


Vn Satsuma–IwojimaVn Satsuma–Iwojima

Tanaka, H. K. M. et al., Nat. Commun. 5:3381 (2014).


MedicionesMediciones


““Time-lapse” del movimiento de lavaTime-lapse” del movimiento de lava


Y la películaY la película


MuTe/MuBarMuTe/MuBar

● Motivaciones “locales y recientes” para el estudio de volcanes

● Proyecto presentado en Colombia, Convocatoria Colciencias GEO 660/2014

● Aprobado (puntaje obtenido 98/100)● Instituciones participantes:

● UIS, UdeTol, SGC/Ingeominas, UdeNar, UNAM● Interesados:

● CAB/IB, CONIDA, USFQ


Preliminary: our Muon Camera (under design)Preliminary: our Muon Camera (under design)

● 25 (4x1)cm plastic scintillator strips → 625 pixels XY plane

● Two XY planes at 2 m separation

● One water cherenkov detector in between to obtain a high energy electromagnetic veto

● Two planes of “Minos” like polyestyrene plastic scintillator● (PoP+PoPoP) organic scintillator

mixture● Claded and wavelength shifter

optical fiber attached to the strip● 2 x (64 Multi-anode PMT) (one

for each scintillator XY plane) ● Raspberry-Arduino based

atmospheric monitoring system● Electronic own design● Programmable and configurable

on board self trigger using FPGA● Low power automatic and

autonomous system


MuTe (Muon Telescope)MuTe (Muon Telescope)

● Innovación:

● Incluir un absorvente activo → WCD

● 1.2m → ~ 5 XEM

● Medición independiente del flujo local de partículas

● Técnicas aprendidas en AUGER y LAGO

● Modificación:

● Mover el WCD detrás de los dos planos


Mediciones locales de variables atmosféricasMediciones locales de variables atmosféricas


Bandas de energía depositada → RegímenesBandas de energía depositada → Regímenes

Muones

MCV

EM

Partículas simultáneas

A3=151 ACDq


Identificación automática de bandasIdentificación automática de bandas

H. A. et al for the LAGO Collaboration, Adv. Spc. Res, enviado (2015)


Actividad SolarActividad Solar7 Marzo 2012: X5.4 Flare + Halo CME/iCME7 Marzo 2012: X5.4 Flare + Halo CME/iCME


Programa de meteorología espacial LAGOPrograma de meteorología espacial LAGO

H.A. for the LAGO Collaboration, ICRC2013

H.A. et al for the LAGO Collaboration, ICRC2015 (charla)


PSD (“PSD (“Pulse shape discriminationPulse shape discrimination” en el WCD)” en el WCD)

● Dos pulsos consecutivos: ingreso del muón, aparición del electrón

50 50 5061 49 54139 49 60291 51 45459 50 23660 50 15153 50 8753 50 6150 50 5751 51 5750 50 5251 49 5151 50 5050 49 5151 50 5250 50 51# t 4 30008562# c 663486982

50 50 5061 49 54139 49 60291 51 45459 50 23660 50 15153 50 8753 50 6150 50 5751 51 5750 50 5251 49 5151 50 5050 49 5151 50 5250 50 51# t 4 30008562# c 663486982

50 50 5049 51 5162 50 10653 50 11751 51 6250 50 5550 50 5153 51 5151 50 5149 49 5251 50 5151 49 5151 50 5250 49 5050 51 5052 50 51# t 4 30008646# c 663486983

50 50 5049 51 5162 50 10653 50 11751 51 6250 50 5550 50 5153 51 5151 50 5149 49 5251 50 5151 49 5151 50 5250 49 5050 51 5052 50 51# t 4 30008646# c 663486983

μ-→νμ ν̄ee

-

Δ t=84×25 ns=2100 nsΔ p=1

μ eμ

e


Decaimiento del muónDecaimiento del muón

E<750 MeV (1.2 m H2O)


EstrategiaEstrategia

● Construcción de prototipo (MuBar) en LabDPR (en progreso)● Simulación del flujo de fondo (hecho)● Simulación detallada del flujo de muones:

● 1 semana, E>100 GeV (listo)● 1 semana, E>10 GeV (en progreso)

● Datos de altimetría (30x30)m ● Análisis sobre datos NASA (listo)● Interpolación local a (10x10)m (listo)

● Cálculo penetración muones (analítico, listo)● Simulación G4 detector (WCD listo (LAGO), MuBar, a iniciar

(ASCII?))● Simulación G4 Volcán (comenzando)


Flujo esperado Vn. Etna (simulado)Flujo esperado Vn. Etna (simulado)

● HA-XB, 2014


Energía mínima (hasta 100 GeV)Energía mínima (hasta 100 GeV)

● HA-XB, 2014


MuBarMuBar


Primeras pruebasPrimeras pruebas


Primeras pruebasPrimeras pruebas


Kedar et al., Concepts and approachs for Martian Exploration (2012)

El futuro: MuBar en Marte?El futuro: MuBar en Marte?

Documents

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