우주 광선 에너지와 질량 실험

Cosmic Ray Energetics and Mass Experiment

우주선 에너지와 질량(CREAM)은 우주선 스펙트럼에서 1015 eV(일명 "knee problement"라고도 함)까지의 우주선 구성을 결정하기 위한 실험이다.

우주선 스펙트럼의 무릎 전망은 초신성이 페르미 가속도에 따라 입자를 가속시킬 수 있다는 이론적 최대 에너지로 설명할 수 있다는 가설이 나왔다.측정은 고고도 풍선을 이용하여 최소 34 km(21 mi)의 고도로 전송되는 타이밍 기반 충전 검출기와 전환 방사선 검출기를 사용하여 수행된다.

남극의 맥머도역에서 발사된 후, 이 풍선은 60-100일 동안 상공에 머물면서 감지기를 타격하는 방해받지 않는 우주선의 전하와 에너지에 대한 데이터를 수집할 것이다.

기대 결과

이러한 유형의 실험의 장점 중 하나는 지상 검출기에 의해 감지된 공기 샤워를 유발했을 원래의 입자를 식별할 수 있다는 것이다.검출 가능한 최대 에너지 수준은 비행 지속시간과 검출기 크기에 따라 결정되며, 이러한 유형의 실험에서 돌아다니기 어려운 장벽이다.1015 eV에서 "knee" 위에서 발견된 우주선의 기원을 이해하기 위해서는 우주선의 구성에 대한 정확한 측정이 필요하다.현재까지 CREAM 풍선 실험은 총 161일의 노출이 누적되어 다른 어떤 단일 풍선 실험보다 더 길었다.[1][2]

CREAM III는 남극대륙에서 비행한다.

실험목표

  • 초신성 때문에 "knee"가 최대 가속도로 설명될 수 있는가?
  • 우주선의 구성은 시간이 지남에 따라 바뀌었을까?
  • 다중 메커니즘이 우주선의 생성에 책임이 있는가?

건설

CREAM II의 계측기.

이러한 질문에 답하기 위해서는 무릎 바로 아래 원소 구성의 변화를 예측하는 여러 이론으로 인해 10~1012 eV15 지역의 우주선을 조사하는 것이 특히 흥미롭다.우주선의 원소 스펙트럼을 결정하기 위해 CREAM은 실리콘 충전 검출기, 타이밍 충전 검출기, 섬광 광섬유 준진경을 사용해 철(Z = 26)까지의 입사 입자 전하를 검출한다.에너지는 이온화 열량계와 함께 전환 방사선 검출기(TRD)로 측정한다.모든 검출기가 서로 근접해 있기 때문에 열량계에서 발생하는 샤워기와 충전 측정 기기 사이의 상호작용을 최소화하는 것이 주요 관심사다.이러한 효과를 축쇄하기 위해 CREAM은 1차 입자로 인한 이벤트와 열량계와의 역점화에 의한 이벤트를 구별하기 위해 매우 빠른 판독 시간과 함께 작은 면적의 픽셀 수를 더 많이 사용한다.

비교적 낮은 TRD 밀도로 인해 더 큰 검출기 형상이 저속 입자를 검출할 수 있다.로렌츠 인자 γ을 입자의 전하와 관련된 지식과 결합하여 측정함으로써 다양한 우주선 전하 ±1(전자, 피온, 뮤온 등)으로 검출기를 보정할 수 있다.남극 근처의 우주 광선에 대한 지구자기 차단 에너지가 상대적으로 낮기 때문에, 체렌코프 검출기를 TRD의 모듈 사이에 배치하여 이러한 저에너지 입자에 대한 거부권 역할을 한다.[3]

전력의 경우, 이 시스템은 에너지 저장용 배터리와 함께 100일 동안 임무를 지속할 수 있는 등급의 태양열 어레이를 포함한다.전체적으로, 이 기기는 매우 신중한 에너지 효율 전자 장치 선택 덕분에 28볼트 공급에서 380와트만을 소비할 것으로 예상된다.진공에 가까운 조건에서는 100V의 낮은 전압으로 작동하는 차폐되지 않은 전자 장치 사이의 관상 동맥 방전에 유의한 주의를 기울여야 한다.이것은 석고 같은 경량 유전 화합물에 모든 관련 전자장치를 숨겨서 완화된다.

이 기구는 남극의 높은 알베도는 매우 높은 온도를 유발할 수 있는 반면, 어둠의 기간은 매우 낮은 온도를 초래할 수 있기 때문에 광범위한 온도에서 작동할 수 있어야 한다.

밸러스트를 제외하고 기기의 총 중량은 원하는 고도에 도달하기 위해 5,500파운드(2,500 kg)를 초과해서는 안 된다.충분한 노출 후 기구에서 기구를 분리해 회수하는 것으로 낙하산이 열려 기구의 하강 속도가 다소 느려진다.실험은 컬럼비아 과학 풍선 설비의 구조적 요건을 충족시키기 위해 설계되었지만, 계측기의 교체 가능한 부품에 약간의 손상이 발생할 수밖에 없다.주요 우선 순위는 데이터 검색이다. 현 시점에서 다른 모든 시스템은 이차적인 것으로 간주된다.

크림 항공

CREAM 항공편(출발 이력)
연도 시작 날짜(UTC) 종료 날짜(UTC) 비행 참조
2004 2004년 12월 16일 2005년 1월 27일 크림 1세 [4]
2005 2005년 12월 15일 2006년 1월 13일 크림 II [5]
2007 2007년 12월 18일 2008년 1월 17일 크림 3세 [6]
2008 2008년 12월 18일 2009년 1월 7일 크림 4호 [7]
2009 2009년 12월 1일 2010년 1월 8일 크림 브이 [8]
2010 2010년 12월 21일 2010년 12월 26일 크림 VI [9]
2016 2016년 11월 28일 바쿠스 [10]
2017 2017년 8월 14일에 배송됨; 활성화 대기 중 ISS-CREAM [11]

ISS-CREAM

'아이스크림'으로 발음되는 ISS-CREAM은 2017년 8월 14일 국제우주정거장에 CRS-12 임무로 발송된 차세대 CREAM 풍선 실험으로, 우주정거장에 영구 설치된다.이전의 풍선 비행보다 10배 높은 410km 고도에 위치한 ISS-CREAM은 3년간의 임무 동안 거의 쉬지 않고 데이터를 가져갈 수 있을 것이다.극한 고도 때문에 검출기에 도달하기 전에 입사 입자가 흩어질 분위기가 없다.ISS에 기반을 둔 이 임무는 CREAM 풍선 실험보다 훨씬 더 많은 데이터를 수집할 것으로 예상되었다.[12]

프로젝트 관리상의 고민에 이어 2019년 2월 ISS-CREAM이 꺼졌다.[13]

자금조달

크림 실험은 현재 NASA의 자금 지원을 받고 있다.

협력자들

현재 CREAM 협업팀에는 소속 멤버가 포함되어 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ E.S. Seo; et al. (25 April 2003). "Cosmic-ray energetics and mass (CREAM) balloon project" (PDF). Advances in Space Research. 33 (10): 1777–1785. Bibcode:2004AdSpR..33.1777S. doi:10.1016/j.asr.2003.05.019.
  2. ^ "Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM)". 4 March 2015.
  3. ^ H.S. Ahn; et al. (10 May 2007). "Cosmic-ray energetics and mass (CREAM) instrument" (PDF). Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 579 (3): 1034–1053. Bibcode:2007NIMPA.579.1034A. CiteSeerX 10.1.1.476.5252. doi:10.1016/j.nima.2007.05.203. Archived from the original (PDF) on 4 March 2016.
  4. ^ "CREAM Flight 2004". cosmicray umd edu. Retrieved 15 August 2017.
  5. ^ "CREAM Flight 2005". cosmicray umd edu. Retrieved 15 August 2017.
  6. ^ "CREAM Flight 2007". cosmicray umd edu. Retrieved 15 August 2017.
  7. ^ "CREAM Flight 2008". cosmicray umd edu. Retrieved 15 August 2017.
  8. ^ "CREAM Flight 2009". cosmicray umd edu. Retrieved 15 August 2017.
  9. ^ "CREAM Flight 2010". cosmicray umd edu. Retrieved 15 August 2017.
  10. ^ "BACCUS". cosmicray umd edu. Retrieved 15 August 2017.
  11. ^ "Activities". cosmicray umd edu. Retrieved 15 August 2017.
  12. ^ "Cosmic Ray Energetics and Mass for the International Space Station" (PDF).
  13. ^ Kramer, David (24 Jan 2022). "Abandoned cosmic-ray experiment awaits potential incineration". Physics Today. doi:10.1063/PT.6.2.20220124a.

외부 링크