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AMD5 Rivelatore e contatore di raggi cosmici per osservatori e istituti scolastici

Un detector a scuola

Introduzione:

AMD5 è un rivelatore di raggi cosmici che utilizza "sensori" di tipo Geiger-Müller, il suo funzionamento è basato sul metodo delle coincidenze ideato da Bothe e Rossi negli anni trenta. Questo rivelatore è nato in seguito all'interesse - per la didattica sulla fisica delle astroparticelle - dimostrata da parte di scuole, studenti e insegnanti.

AMD5 ha le sembianze di un computer in quanto è assemblato all'interno di normali case per pc, esso è stato ideato per fare esperimenti di lunga durata e rilevamenti giornalieri periodici, 24 ore su 24. Il rivelatore infatti è stato concepito anche per essere impiegato nel progetto ADA, una rete di rivelatori di raggi cosmici distribuita su tutta la penisola.

Anche se questo rivelatore può funzionare senza computer, per il conteggio e l'analisi del flusso di particelle cosmiche è necessaria la connessione a pc o tablet (Windows, da XP in poi) tramite porta USB ed eventualmente una porta di rete per il collegamento con il progetto ADA.
Per la raccolta dei dati dei rivelatori della famiglia AMDx è stato sviluppato un apposito software: AstroRad che serve anche per generare tabelle, grafici e tanto altro.

 

Rivelatore di raggi cosmici AMD5 (standard - v2016 in poi) caratteristiche principali:

• Rivelazione a GMT con circuito di coincidenza
• Due finestre di coincidenza selezionabili/disattivabili
• Misure di flusso dei raggi cosmici
• Misure di radioattività
• Collegamento via USB con software dedicato per ambienti Windows®
• Collegamento audio per attività didattiche e utilizzo senza pc
• Bluetooth® (opzionale)
• Invio dati in rete internet e adesione al progetto ADA sui raggi cosmici.

 

 

 

detector
Collaudo di uno dei primissimi AMD5 (2012, tuttora in funzione).

 

Principio di funzionamento:

Il funzionamento è basato su due GMT (Geiger-Müller Tubes) SBM20 di produzione sovietica che lavorano con il metodo delle coincidenze. Questo metodo permettere di escludere buona parte della radiazione naturale e rivelare solamente i muoni cosmici.

coincident circuit

Il posizionamento dei due tubi Geiger nello strumento ne stabilisce anche la geometria “ottica”; essendo distanziati di circa 6 centimetri, la finestra di cielo visibile è di circa 18° (0.52 sr).

Prelevato il segnale generato dai tubi Geiger, questo viene inviato al circuito elettronico di coincidenza, una porta "and", poi un buffer di uscita permette il collegamento con la porta USB, con l'uscita audio e con un'altra uscita opzionale per eventuali altre applicazioni (microprocessori, arduino, bluetooth...).
Il rivelatore è provvisto di 3 luci LED, due utilizzati per monitorare il corretto andamento dei tubi Geiger ed il terzo per il controllo del circuito di coincidenza; utilizzando l'uscita audio collegata ad un amplificatore il rivelatore può essere usato anche stand-alone (senza computer) per semplici dimostrazioni o mostre.

Una volta collegato al computer, previa installazione dei driver, il funzionamento viene gestito dal programma AstroRad, i dati vengono 'stampati' a video su di un grafico e contemporaneamente registrati in una tabella.
In questo modo è anche possibile esportare i dati al termine delle misure e analizzarli con Excel, o software di analisi come Maxima MatLab, SciLAb e tanti altri.

 

Funzionamento:

Accendendo lo strumento, entro qualche istante iniziano a comparire i segnali dei raggi cosmici visualizzati dall'accensione dei led. Prima di collegarlo al computer è necessario installare i driver per la porta usb.

Per caricare il software AstroRad basta copiarlo in una cartella ed eseguirlo, non necessita installazione, funziona solo su sistemi windows, è tuttavia possibile utilizzare altri software in commercio per l'utilizzo con Linux e Mac., in tal caso è necessario scaricare il driver USB dal sito della SiliconLab: http://www.silabs.com/products/interface/usbtouart/Pages/usb-to-uart-bridge.aspx.

 

AMD5 standard:

 

Rivelatore AMD5 presso il Liceo Torelli di Fano:

Altre immagini:

muon detector muon detector amd5 scheda

 

Cosa si può fare con l'AMD5:

Il sito astroparticelle è colmo di esperimenti ottenuti con i rivelatori della serie AMD. Con questo strumento è possibile fare molti interessanti lavori. Le attività vanno dalla più semplice come il conteggio del flusso dei raggi cosmici con la tracciatura dei grafici, alle più impegnative e non mancano attività di svago come la generazione di musica o di testi al passaggio dei raggi cosmici.

Una ricerca interessante può essere quella del confronto tra il flusso dei muoni rilevati e il flusso del vento solare, per evidenziare come l’attività del nostro sole influenza i raggi cosmici a terra. I dati del vento solare sono qui disponibili in tempo reale ricavati dalla sonda SOHO (http://sohowww.nascom.nasa.gov/), ma non è l’unica risorsa, si possono fare confronti con ACE una sonda che rileva vento solare ed altre particelle (http://www.srl.caltech.edu/ACE/ASC/index.html), oppure con altri flussi di neutroni o muoni raccolti dal portale NOAA (http://www.swpc.noaa.gov/).

Un’altra applicazione può essere quella della verifica della provenienza o effetto est-ovest, che consiste nell’orientare il rivelatore (i GMT) in direzione sud-nord ed inclinarlo progressivamente verso est e poi verso ovest, per dimostrare e comprendere l’effetto geomagnetico. Un esperimento che ha probabilità di successo più a basse latitudini, ma utilizzando molti dati e molta statistica è possibile evidenziarlo anche alle latitudini più alte.

Un'esperienza analoga alla precedente è quello della dipendenza dei raggi cosmici dall'angolo di zenit dovuto al fatto che muoni molto inclinati attraversando più materia perdono più energia. In collaborazione con DESY ogni anno è possibile partecipare alla giornata cosmica internazionale (ICD).

L’assorbimento dei raggi cosmici nei materiali può essere evidenziato anche sovrapponendo materiali di un certo spessore sopra al rivelatore, ad esempio le note curve di Rossi si ottengono sovrapponendo lastre di metallo di spessore via via maggiore e tracciando i dati dei risultati.

Si possono fare anche misure di radioattività, escludendo il circuito di coincidenza e utilizzando materiali anche con debole emissione radioattiva si possono determinare i livelli di radiazione ionizzante e dose assorbita, così è stato scoperto il radon in alcuni siti.

Infine, (ma non ultimo) collegato in internet, ogni rilevatore diventa un prezioso tassello di una rete di rivelatori: un osservatorio di raggi cosmici distribuito sul territorio nazionale, il progetto A.D.A.

Per tutte le caratteristiche tecniche e le possibilità operative consultare il manuale nella sezione del software AstroRad

 


Per gli istituti scolastici e associazioni, su richiesta è possibile fornire il rivelatore di muoni AMD5 pronto per l'uso.

Da gennaio 2016 la produzione e la vendita dei rivelatori è affidata alla ditta K-computers a cui bisogna rivolgersi per effettuare gli ordini.

Poichè il rivelatore viene preparato su ordinazione è necessario ordinare per tempo perchè alcuni componenti come ad esempio la scheda elettronica (anche se il master è già pronto) o i tubi Geiger potrebbero non essere immediatamente disponibili. Per i tempi di preparazione del rivelatore bisogna calcolare non meno di 4 settimane.

Per scuole ed insegnanti delle scuole primarie e secondarie della nostra zona (zona insubre, province di Como Varese e Canton Ticino) è anche possibile valutare il nostro progetto divulgativo.

 


Rivelatori disponibili

Per fine 2018 - inizio 2019 saranno disponibili alcune versioni di AMD:

Visitate periodicamente questa pagina per conoscere le caratteristiche che saranno aggiornate progressivamente.


 


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Astroparticelle - schegge per lo sviluppo della conoscenza...


AMD5, flyer di presentazione stampabile:
Rivelatore di raggi cosmici - Astroparticelle

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Astroparticelle.it compie 10 anni!

Era il 19 maggio 2010 quando per qualche misterioso impulso decisi di registrare il dominio "astroparticelle.it" dedicato allo studio sui raggi cosmici. Sono passati solo dieci anni, eppure nel frattempo sono cambiate moltissime cose; dieci anni fa le nozioni sulle particelle cosmiche erano confinate in qualche sintetico paragrafo di pochi libri di astronomia, oppure trattate in pubblicazioni specializzate. In dieci anni si può dire che a livello popolare e scolastico ora questa materia è sicuramente conosciuta. La spinta principale credo sia dovuta al centenario del 2012 che ha rilanciato questi temi a livello popolare e ha alimentato la scrittura di molti articoli e libri, tuttora credo siano quattro i libri in italiano reperibili sui raggi cosmici. Nel 2012 insieme alla spedizione VHANESSA in mongolfiera è stato inaugurato il primo "International Cosmic Day" e nel 2013 è nato il nostro progetto ADA, così questa disciplina scientifica non poteva non dilagare anche in ambito scolastico.


La homepage così come appariva nel 2010.

In questa decade sono stati fatti anche grandi passi in campo tecnologico, basti pensare alle tomografie a muoni, al rilevamento dei raggi cosmici tramite le onde radio o all'utilizzo degli isotopi cosmogenici nel campo della datazione di elementi ed eventi geologici e molto altro. Credo che un piccolo merito sulla divulgazione della fisica dei raggi cosmici sia da attribuire a questo portale, a tutte le persone che vi hanno collaborato e che hanno saputo intuire le potenzialità di questa materia incredibilmente multidisciplinare. Sono davvero molti quelli che hanno contribuito al sito astroparticelle, ai suoi esperimenti e al progetto ADA, persone anzi direi scienziati che dovrei ringraziare uno ad uno, ma che evito di elencare solo per il terrore di dimenticare qualcuno (ma presto ci dovrò provare). Attualmente sono oltre trentotto gli studiosi coinvolti nel progetto ADA e più di cento gli iscritti che ricevono la newsletter annuale.

Per celebrare i dieci anni erano in progetto alcune novità, la situazione COVID-19 ha ovviamente bloccato anche questo, ma il 2020 non è ancora finito e vedremo se nei prossimi mesi sarà possibile recuperare qualcosa...

M.A.


Conferenza streaming online 25.05.2020 ore 21.00

Il ruolo dei raggi cosmici nello studio di pianeti e meteoriti
Rel. Marco Arcani

Particelle subatomiche generate dalle stelle si diffondono nello spazio, sono chiamate astro-particelle o raggi cosmici. La fisica dei raggi cosmici è una scienza multidisciplinare che negli ultimi decenni ha visto una rapida evoluzione in molti dei suoi settori, come quello della datazione degli elementi. Le raffinate analisi di laboratorio abbinate ai modelli di intelligenza artificiale permettono oggi di ottenere risultati molto più precisi rispetto a qualche decina di anni fa. I raggi cosmici come proiettili bombardano perennemente l’atmosfera e modificano gli elementi chimici che incontrano in aria e al suolo. Il carbonio radioattivo o C-14 è l’isotopo più noto creato dalle particelle cosmiche, con questo elemento si possono datare i reperti organici, cioè quelli “viventi” come tessuti naturali, opere in  legno ed esseri del regno animale. Esistono tanti altri elementi prodotti dai raggi cosmici che permettono oggi di datare le rocce e gli eventi geologici e climatici nel passato. Ma c’è molto di più, coi neutroni cosmici possiamo sapere se il suolo dei pianeti che studiamo contiene l’essenza della vita, ovvero l’acqua. Le meteoriti invece ci raccontano la storia del sistema solare attraverso la scrittura delle particelle cosmiche incise nella loro intima natura. La radiazione cosmica che può essere letale per le forme di vita, mostra anche la sua faccia opposta andando a seminare elementi utili alla creazione di un’atmosfera e un ambiente adatto per la formazione di vita primordiale a base di carbonio. Questo è quello che si osserva nelle atmosfere di pianetini del sistema solare come Titano (il satellite maggiore di Saturno) e nei pianeti extrasolari simili alla Terra.





Muon Monitor in real time


Letture

PDF

Articolo su ADA del 46° congresso UAI, una versione più aggiornata è pubblicata sul supplemento N.6 di nov-dic 2015 della rivista 'Astronomia' della UAI:

Tutti a caccia di raggi cosmici con ADA:

Articolo sui raggi cosmici di Marco Arcani

Sul numero di Orione di Novembre 2014, un articolo dedicato ad ADA, il progetto italiano di rivelazione dei “raggi cosmici ultra energetici”


ADA 2015 POSTERS

Alcuni dei risultati ottenuti con la rete di rivelatori AMD5:

cosmic rays poster
English version
Italian version



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