Модульный
мюонный
детектор
Звезда которой ярче нет
Кузнецов Алексей
Шевчик Егор
Довбненко Максим
Шагалов Никита
Хусаинов Темирлан
Овчинникова Екатерина
Ширченко Марк
Кузнецов Алексей
Шевчик Егор
Довбненко Максим
Шагалов Никита
Хусаинов Темирлан
Овчинникова Екатерина
Ширченко Марк
Кузнецов Алексей
Шевчик Егор
Довбненко Максим
Шагалов Никита
Хусаинов Темирлан
Овчинникова Екатерина
Ширченко Марк
Кузнецов Алексей
Шевчик Егор
Довбненко Максим
Шагалов Никита
Хусаинов Темирлан
Овчинникова Екатерина
Ширченко Марк
Кидинов Федор - отвечал за электрические схемы и сборку
Елена Морозова - отвечала за 3D модели и сайт
Сарииди Леонид - отвечал за теоретические расчёты и обработку данных
Бутырин Ярослав - отвечал за программное моделирование и 3D модели
Столяров Никита - отвечал за сборку и электрические схемы
Петраков Юрий - отвечал за разработку метеомодуля
Кидинов Федор - отвечал за электрические схемы и сборку
Елена Морозова - отвечала за 3D модели и сайт
Сарииди Леонид - отвечал за теоретические расчёты и обработку данных
Бутырин Ярослав - отвечал за программное моделирование и 3D модели
Столяров Никита - отвечал за сборку и электрические схемы
Петраков Юрий - отвечал за разработку метеомодуля
Кидинов Федор - отвечал за электрические схемы и сборку
Елена Морозова - отвечала за 3D модели и сайт
Сарииди Леонид - отвечал за теоретические расчёты и обработку данных
Бутырин Ярослав - отвечал за программное моделирование и 3D модели
Столяров Никита - отвечал за сборку и электрические схемы
Петраков Юрий - отвечал за разработку метеомодуля
Кидинов Федор - отвечал за электрические схемы и сборку
Елена Морозова - отвечала за 3D модели и сайт
Сарииди Леонид - отвечал за теоретические расчёты и обработку данных
Бутырин Ярослав - отвечал за программное моделирование и 3D модели
Столяров Никита - отвечал за сборку и электрические схемы
Петраков Юрий - отвечал за разработку метеомодуля
Наша команда:
Кидинов
Федор
Морозова Елена
Сарииди Леонид
Бутырин Ярослав
Столяров Никита
Петраков
Юрий
Кузнецов Алексей
Шагалов Никита
Довбненко Максим
Овчинникова Екатерина
Хусаинов Темирлан
Ширченко
Марк
Шевчик
Егор
Наша команда:
Большая часть мюонов образуется на высоте 10-20 км. Масса частицы в 207 раз больше массы электрона. Энергия одного мюона в среднем составляет 4 ГэВ. Их скорость сравнима со световой, а время распада в среднем 2.2 микросекунды.
Мюон - это элементарная частица, принадлежащая классу лептонов. Большая часть возникает в результате распада пионов, которые, в свою очередь, образуются благодаря сталкиванию первичной частицы (протона), летящей из космоса, с ядрами атомов атмосферы.
Мюоны легкодоступны, ведь находятся везде. У них высокая проникающая способность, и при проходе сквозь разные среды теряет различную энергию. Так, проходя через атмосферу их энергия уменьшается на примерно 2 МэВ энергии на г/см2.
π+
π+
π-
νμ
μ+
Пион
Мюон
Протон
+
Детектор
Благодаря этим свойствам мюоны используются для множества задач: поиска полезных ископаемых, обнаружении потайных комнат в пирамидах, нахождении дыр и трещин в материалах.
Это первый случай использования мюонной томографии для поиска урана, с помощью которого смогли избежать дорогостоящего бурения.
Пример реального применения
Исследование в руднике Мак-Артур-Ривер, Канада
В течении 2 месяцев на глубине около 600 метров были помещены детекторы, замеряющие поток мюонов. Благодаря собранным данным были получены точные данные о местоположении урановой руды.
Мюон - это элементарная частица, возникающая в результате сталкиванию первичной частицы (протона), летящей из космоса, с ядрами атомов атмосферы.

У мюонов огромная энергия, высокая проникающая способность, и при прохождении через среды отличных плотностей они теряют различную энергию.

Благодаря этому их используют для множества различных задач.
Что такое мюоны?
Недостатки существующих детекторов
Ограниченный угол обзора
Ограниченная мобильность - неудобны к перемещению
Высокая стоимость 1-10 млн $
Возможные риски при эксплуатации
Проблемы с масштабируемостью
Разработка прототипа всенаправленного модульного мюонного детектора, который возможно масштабировать и адаптировать под реальные задачи.
Наше решение
---------------------------------------------
Устройство детектора
Чтобы узнать - наведи на элемент!
Чтобы узнать - нажми на элемент!
Сцинтиллятор из полистерола при прохождении через него мюона излучает пучок фотонов. Различные добавки переизлучают этот свет на другую длину волны что позволяет избежать поглощения света в сцинтилляторе.
Лавинный фотодетектор SiPM улавливает свет, испускаемый сцинтиллятором. Он представляет из себя матрицу из 22 тысяч PIN диодов.
Крышка с прокладками надежно закрепляет элементы в корпусе и изолирует их от внешних источников света.
Корпус имеет форму эллипсоида потому что интенсивность потока мюонов в вертикальном направлении выше.
В корпусе расположено 11 пар модулей, где каждая пара расположена друг напротив друга. для определения, с какого направления прилетел мюон.
Создание прототипа
3
Черчение и вырез резиновых прокладок
Покраска корпуса и крышек
4
5
Сборка и программирование метеомодуля
6
Сборка модели
2
Пайка плат, разъемов и проводов, печать моделей
1
Создание 3д моделей корпуса детектора, коробок для электроники, крышек детектора
Электроника
Для определения пространственной ориентации и климатических условий измерений детектор оборудован контроллером Arduino Mega и модулями барометра, термометра, акселерометра и гироскопа
Плата Предусилителя формирует сигнал с SiPM и преобразует его в напряжение
Плата АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой и отправляет его на накопитель
Проведение измерений
Мы провели измерения количества мюонов в зависимости от направления в различных условиях: на открытой местности и под бетонным перекрытием с одной стороны.

Также для сравнения последняя ситуация была воссоздана в программе для моделирования прохождения частиц Geant4.
Приведенные ниже тепловые карты показывают зависимость количества мюонов на разных направлениях.
В ходе работы был получен прототип модульного мюонного детектора, точность работы которого была подтверждена компьютерной моделью c помощью пакета библиотек для C++ Geant4. В будущем детектор можно масштабировать и использовать в мюонной томографии.

Тепловая карта, полученная экспериментальным путем

Тепловая карта, полученная в Geant4

Результаты
Фотоотчёт