Detección de rayos cósmicos

Objetivos de la práctica

• Detectar el flujo de muones generados por rayos cósmicos usando un centellador plástico.
• Medir el flujo de muones verticales que arriban al centellador.
• Estimar la eficiencia de detección del sistema mediante la comparación entre el flujo esperado y el medido.

Materiales y equipos

• Módulo digitalizador DT5720A
• Módulo de alimentación y amplificación SP5600
• Plano centellador (4 cm x 4 cm x 1 cm) acoplado a un SiPM

• Cables diversos MCX, LEMO, USB

• Jupyter notebooks: https://gitmilab.redclara.net/sarmientoc/scripts_varios/-/blob/master/SiPM_peaks.ipynb

Montaje experimental y toma de datos

Figura 1. Diagrama del montaje experimental

Los experimentos sobre rayos cósmicos propuestos en esta sección se realizan utilizando el Kit de CAEN educación. Con este se puede realizar una aplicación cualitativa para verificar la existencia de los rayos cósmicos. Además, es posible medir el flujo cósmico en una baldosa de material centellador que se encuentra acoplada a un SiPM, como se puede ver en el siguiente esquema.

Figura 1: Esquema del montaje experimental usado en esta práctica.

Parte 0: Preparación

• Revisitar el material (slides + videos) discutido durante la clase
• Leer la guía 0 con los detalles para el acceso remoto a los laboratorios
• Un jupyter notebook disponible con los datos de los espectros cargados que necesitarás para las partes 2,3,4 de la práctica
  • Conéctate a tu cuenta gitlab
  • Has un fork de este repositorio: https://gitmilab.redclara.net/laconga/tareas-modulo-de-instrumentacion-2022/practica-espectroscopia-fotones-2022/-/tree/main/
  • Clona el fork de tu repositorio en https://jupyter.redclara.net
• Trabajaremos en grupos (de 3 personas)
• Los horarios de conexión de cada grupo están disponibles en las slides discutidas durante la clase. Por favor respetar los horarios de conexión establecidos!

Apuntarnos a un solo notebook por grupo para la corrección!

Parte 1: Detección de Muones

Esta parte de la práctica tiene como objetivo observar la diferencia entre detectar muones usando el centellador y sin él. En el primer caso, sin centellador, se medirá el Dark Count Rate \((DCR)\) definido como la contribución del sensor al ruido.

• Usando los valores por defecto en la pestaña “Frequency and threshold” mida la frecuencia del conteo en función del threshold.

Para verificar la detección de muones provenientes de cascadas de rayos cósmicos, se va a introducir el centellador (esto será hecho por el técnico).

• Bajo estas nuevas condiciones deben medir la frecuencia del conteo en función del threshold. ¿Observa alguna diferencia? ¿A qué se debe esta diferencia?

Parte 2: Medición del flujo vertical de muones

En esta parte de la práctica se medirá el flujo de muones que arriban al detector. Para ello lo primero que debemos hacer es cambiar el modo de medición dando click en el recuadro superior izquierdo cambiando del modo “muon detection” al modo “muon vertical flux” como se indica en la figura 2. De nuevo, se empezará midiendo el DCR, es decir haciendo la medida sin el centellador y luego con este. Para hacer las mediciones siga las siguientes instrucciones:

• Vaya a la pestaña “Frequency and threshold” donde se debe medir la relación entre el threshold y el conteo. Guarde esos datos.
• Pase a la pestaña “Counting” donde puede medir el DCR (sin centellador), puede cambiar el biniado y tiempo de exposición de la medida que genera el histograma.
• Ahora, avise al técnico que ha terminado la medición para que ahora incluya el centellador y repita las dos mediciones.
• Compare este valor con el presentado en la figura 3 que se usa como referencia.
• ¿Qué pasa si el plano centellador está ubicado horizontalmente, 80° con respecto al ángulo cenital? ¿Qué sucede con el flujo? ¿Aumenta o disminuye?

Figura 2: En el recuadro azul de la parte superior derecha se puede hacer el cambio en el modo de medición de “muon detection” a “muon vertical flux”.

Figura 3: Flujo de muones en función de la profundidad atmosférica (Eje X inferior) y la altura (Eje X superior).

Parte 5: Conclusiones

• Conclusiones, observaciones, comentarios adicionales