Κατασκευή και λειτουργία δικτύου μετρητικών συστημάτων πραγματικού χρόνου και αλγόριθμοι επεξεργασίας στους μετρητές νετρονίων με σκοπό την καταγραφή σωματιδίων πολύ υψηλών ενεργειών

Abstract

At this PHD thesis are studied and implemented the followings: Cosmic ray detectors and more specifically neutrons and muons detectors are studied. Prototype acquisition systems are designed and implemented taking into account the electronics science evolution. The objective was the neutron monitor stations manage to give real time data in order to succeed space weather prognosis. Cosmic Ray station registered data for almost 50 years. Data was available once per year and any correction on them was manual. The majority of cosmic ray stations had very old electronics devices with a lot of instabilities and without any possibility to manage to share their data in real time that will help the space weather prognosis. Athens neutron monitor station re-established at 2000 and designed and implemented for it the followings: a) new power supplies with high electromagnetic noise and electromagnetic interference immunity, b) amplification devices that make reliable the cosmic rays registration, c) electronic circuits for acquisition of meteorological parameters near to cosmic ray stations. d) hardware and software for the data acquisition system that is capable to register, correct and share its data in real time and manage to overcome automatically of a number of operating problems e) connectivity of acquisition system with a remote computer and registration of data in a relational database with objective their use by scientists and students, f) a electronic device that can register the multiplicity of cosmic rays in the detector. This PHD thesis made the Athens cosmic rays station pioneer worldwide. The innovations and its characteristics setup as specification in a European FP7 program with objective the European cosmic ray stations register, correct and share their data in real time make them ready for space weather prognosis. The author is responsible for the installation of this European cosmic ray stations network.

Στο πλαίσιο αυτής της διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκαν τα ακόλουθα: Μελετήθηκαν οι ανιχνευτές κοσμικής ακτινοβολίας και πιο συγκεκριμένα οι ανιχνευτές νετρονίων και μιονίων. Μελετήθηκαν, σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν πρωτότυπα συστήματα καταγραφής λαμβάνοντας υπόψη τις τεχνολογικές εξελίξεις έτσι ώστε να κάνουν τους σταθμούς κοσμικής ακτινοβολίας να καταγράφουν και να διαθέτουν δεδομένα πραγματικού χρόνου με σκοπό την παραπέρα ανάπτυξη μοντέλων πρόγνωσης διαστημικού καιρού. Οι σταθμοί κοσμικής ακτινοβολίας κατέγραφαν και διέθεταν τα δεδομένα τους εδώ και 50 χρόνια. Η ανανέωση των δεδομένων γινόταν μία φορά το χρόνο μετά από ένα αριθμό από χειροκίνητων διορθώσεων σε αυτά. Οι περισσότεροι σταθμοί όμως σήμερα παρουσίαζαν μια εικόνα από γερασμένες ηλεκτρονικές διατάξεις οι οποίες πέραν της αστάθειας που παρουσίαζαν ήταν αδύνατον να διαθέσουν τα δεδομένα αυτά σε πραγματικό χρόνο έτσι ώστε να επιτευχτεί πρόγνωση διαστημικού καιρού. Δοθέντος της επαναλειτουργίας του σταθμού κοσμικής ακτινοβολίας το 2000 στο τμήμα Φυσικής του Πανεπιστήμιου Αθηνών σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν: α) νέες τροφοδοτικές διατάξεις οι οποίες παρουσιάζουν υψηλή αναισθησία στον ηλεκτρονικό θόρυβο και τις παρεμβολές, β) ενισχυτικές διατάξεις που κατέστησαν πιο αξιόπιστη την καταγραφή των κοσμικών ακτινών, γ)κυκλώματα για την μέτρηση μετεωρολογικών παραμέτρων στους σταθμούς κοσμικής ακτινοβολίας. δ) υλικό και λογισμικό του συστήματος καταγραφής το οποίο πέραν του γεγονότος ότι καταγράφει και διαθέτει τα δεδομένα του σε πραγματικό χρόνο, έχει την ικανότητα να διορθώνει τα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο από εσφαλμένες τιμές και να ανακάμπτει από μία σειρά προβλημάτων. ε) διασύνδεση του μετρητικού συστήματος με ένα απομακρυσμένο υπολογιστή που καταχωρεί τα δεδομένα σε σχεσιακή βάση με σκοπό την περαιτέρω αξιοποίηση τους και επεξεργασία τους από φοιτητές και επιστήμονες, στ) μία κάρτα που έχει την δυνατότητα να καταγράφει την πολλαπλότητα των σωματιδίων στον ανιχνευτή. Η παραπάνω διατριβή κατέστησε τον σταθμό κοσμικής ακτινοβολίας πρωτοποριακό σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι καινοτομίες του και τα χαρακτηριστικά του τέθηκαν σαν προδιαγραφές σε πανευρωπαϊκό πρόγραμμα FP7 με σκοπό την ανανέωση των ευρωπαϊκών σταθμών κοσμικής ακτινοβολίας με σκοπό την πρόγνωση διαστημικού καιρού. Ο συγγραφέας είναι υπεύθυνος για την ανανέωση και υλοποίηση δικτύου ευρωπαϊκών σταθμών κοσμικής ακτινοβολίας.