1 Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Facultad de Ciencias Físico Matemáticas Doctorado en Ciencias Física Aplicada Alumno: M.C. Ponce Lancho Epifanio Lorenzo. Asesor de Tesis:Dr. Oscar Martínez Bravo. Titulo de la tesis: “Cámara Obscura con el fotomultiplicador multianodo para obtener imágenes de fenómenos luminosos transitorios que se generan en la parte alta de la atmosfera”. 1

2 Introducción: Basados en los resultados obtenidos de las misiones espaciales Tatiana 1 y 2, que midieron la luz de fondo en el rango de (300-600 nm), en particular el ultravioleta, proponemos un sistema óptico simple “La Cámara Obscura” un detector muy sensible que nos permitirá obtener imágenes en 2 dimensiones en la región UV, de los fenómenos que sean observados en la atmosfera; como pueden ser: la traza de fluorescencia que emiten los rayos cósmicos de alta energía, la traza de micro meteoritos que logran entrar en la atmosfera, los fenómenos transitorios luminosos, etc. En este seminario se presenta lo siguiente: -El arreglo de ingeniería de la cámara obscura -La caracterización de los fotodetectores. -El sistema electrónico completo de la cámara obscura. -La obtención de intensidad de luz que refleja la Luna en sus diferentes fases. -Algunos fenómenos registrados la montaña Pico de Orizaba. 2

3 Enero 2005 al 7 Marzo del 2007 Misión espacial «Satélite Universitario Tatiana 1» México-BUAP. Rusia-MSU. Llevo abordo el detector de radiación ultravioleta (300-400 nm), fue uno de los primeros experimentos para investigar los fenómenos transitorios que se presentan en la atmosfera. Registro la intensidad de algunos Fenómenos transitorios. 3 [3] G.K. Garipov, B.A. Khrenov, M.I. Panasyuk, V.I. Tulupov, I.V. Yashin and H.Salazar. Astroparticle Physics, 24, 400 (2005). [4] G.K. Garipov, B.A. Khrenov, U. Salazar, and E. Fokitis. Instruments and experimental techniques, vol 48, 92 (2005). [5] G.K. Garipov, M.I. Panasyuk, and H. Salazar. Instruments and experimental techniques, vol 49, 126 (2006).

4 UV photons on 64 pixels -Detector ultravioleta -Detector infrarrojo -Contador de partículas -Telescopio usando tecnología MEMS. Misión espacial «Satélite Universitario Tatiana 2» México-BUAP. Rusia-MSU. Corea-Universidad de las Mujeres. UV IR Electrones Ultravioleta Infrarrojo Pulsos registrados por los detectores A bordo del satélite Tatiana 2. 4

5 Partícula cósmica de alta energía Fotones de Fluorescencia Fotones Cherenkov Elfos (  1 ms) Sprites (  10 ms) Destellos azules (  300 ms) Micro meteoritos La luz de fondo ultravioleta (300-400 nm) que se encuentra en la atmosfera lo generan diferentes fuentes, por ejemplo: - Los fenómenos transitorios luminosos. - Las trazas de micro meteoritos - El arribo de rayos cósmicos ultra energéticos. - Las actividades humanas, entre otros. 5

6 La resolución de la cámara obscura La resolución se define por la distancia de separación que existe entre la superficie del fotodetector y el orificio de observación. En nuestro caso, el orificio es de radio r, la separación orificio-superficie de detección del fotodetector es f; considerando que la distancia a la que se presenta el fenómeno es L>>f y r

7 El fotodetector es un tubo fotomultiplicador de 8x8 ánodos de la empresa Hamamatsu Photonics H7546B. Característicasvalorunidades Respuesta espectral300 a 600nm Respuesta máxima de longitud de onda420nm Dimensiones de cada ánodo2x2mm Separación entre ánodos0.3mm Área efectiva de detección18.1x18.1mm Eficiencia cuántica21% Voltaje de operación-1000V Ganancia3x10 5 --- Inducción de señal entre ánodos continuos2% 7

8 La configuración óptica de la cámara Para este proyecto tenemos dos configuraciones ópticas. 1- Distancia focal larga (DFL): Todos los pixeles del MaPMT observan los fenómenos a través de todos los orificios de la cámara. 2.- Distancia focal corta (DFC): todos los pixeles del MaPMT observan los fenómenos a través de un solo orificio. 2 mm 18,4 mm 130,8 mm 9,6 mm 150 mm MaPMT 1 MaPMT 2 8

9 Arreglo de ingeniería del detector cámara obscura MaPMT H7546B Área del pixel (mm 2 ) Orificios de detecciónDistancia focal (mm) Campo de visón CantidadDiámetro (mm) Radianes /  estéreo- radian DFL4642200 0.01 0.57  1x10 -4 DFC1 25 0.08 4.58  64x10 -4 9

10 La electronica del detector Camara Obscura Electrónica del detector: a) Diagrama a bloques general. b) Una de dos tarjetas electrónicas. c) Distribución de las tarjetas electrónicas y de los MaPMT. 10

11 Arreglo para hallar la respuesta a un fotoelectrón de cada MaPMT 11 Fuente de alto voltaje [0-1000V]

12 Espectro de carga y amplitud dela respuesta a un fotoelectrón de los MaPMTs, a) DFL. b) DFC. 1-la distribución del ruido electrónico, 2- Promedio del ruido electrónico. 3-La distribución a un fotoelectrón. 4-Carga/amplitud promedio correspondiente a un fotoelectrón. 12 Las mediciones se realizaron considerando que la Luna se encontrara a un ángulo

13 Resultados de la caracterización de respuesta a un fotoelectrón de cada MaPMT. MaPMT H7546B Carga promedio (pC)Promedio de amplitudes de pulsos (mV) Línea baseSPELínea base SPE  DFL0.131± 0.101.028 ± 0.311.05 ± 0.30212.25 ± 4.6411.20 ± 4.33 DFC0.131± 0.111.027 ± 0.411.05 ± 0.30212.30 ± 4.6511.25 ± 4.34 13

14 Uniformidad de cada pixel (DFC MaPMT) 14

15 Graficas de la luna pasando por el campo de visión del MaPMT. (a) DFL. (b) DFC. los puntos con las barras de error son los datos experimentales y la línea continua es el ajuste. 15

16 Resultados obtenidos al observar la luz de la luna en sus diferentes fases. Fase lunar (%) Señal por pixel Amplitud (mV) Fotones registradosFlujo de luz visible (Photons/cm 2  s)x10 8 DFLDFCDFLDFC 0 17 ± 1.0 1.51 ± 0.23 0.078 ± 0.012 10 21 ± 1.0 1.87 ± 0.23 1.86 ± 0.230.094 ± 0.011 25 25 ± 2.0 2.23 ± 0.46 2.22 ± 0.460.120 ± 0.024 50 46 ± 2.8 4.10 ± 0.64 4.08 ± 0.640.202 ± 0.0310.201 ± 0.031 75 94 ± 3.4 8.39 ± 0.78 8.35 ± 0.780.428 ± 0.0400.426 ± 0.040 95270 ± 3.824.10 ± 0.8724.00 ± 0.871.270 ± 0.0461.260 ± 0.046 100400 ± 5.835.71 ± 1.3335.55 ± 1.331.840 ± 0.0691.830 ± 0.068 16

17 Promedio de luz visible registrada con el MaPMT. a) DFL, b) DFC en las diferentes fases de luna, Los puntos con las barras de error son los datos experimentales y las líneas continuas son los ajustes. 17

18 Intensidad luz UV de las diferentes fases de la luna registrados con el satelite TATIANA 1 18

19 Evento transitorio luminoso registrado en la región UV Pixel 1 Pixel 8 Pixel 64 Pixel 57 UV intensity, ph/cm 2 s x10 2 19 t (  s) UV intensity, ph/cm 2 s x10 2

20 Detección de la traza de un micro meteorito en la region UV Pixel 1 Pixel 2 Pixel 9 Pixel 64 Pixel 3 UV intensity, ph/cm 2 s x10 2 20 UV intensity, ph/cm 2 s x10 2 t (  s)

21 Registro de un anillo en la región UV 21 t (  s) UV intensity, ph/cm 2 s x10 2

22 Conclusiones -El ruido electrónico del sistema es de alrededor de 2 mV. -Todas las componentes electrónicas que se utilizan se han probado en los satélites TATIANA 1 y 2 (Colaboración FCFM-BUAP y MSU) -El consumo de potencia es de 6 Watts. -Los resultados se interpretan en múltiplos de la respuesta a un fotoelectrón de cada MaPMT. - El prototipo de la cámara obscura se ha probado con éxito en la montaña Pico de Orizaba, lo que nos motiva para proponerlo a bordo de la siguiente misión espacial «Михайло Ломоносов» de la Universidad Estatal de Moscú. 22

24 Камера-обскура с многоанодным фотоумножителем для получения изображения транзиентных световых вспышек в верхней атмосфере Э.Понсе, Б.А.Хренов (НИИЯФ МГУ им.М.В.Ломоносова) Создается портативная камера-обскура (камера с точечным отверстием и многоанодным фотоумножителем в качестве фотоприемника) с переменным фокусным расстоянием (переменным расстоянием между отверстием и фотоприемником). Фотоприемник работает в области ближнего УФ (длины волн 300-400 нм). Камера позволит получить изображение вспышек с различным разрешением в пространстве и во времени. Измерения с помощью камеры позволят проверить эффективность метода изучения атмосферных электрических разрядов по их изображению в УФ. Вместе с тем методика работы камеры обскура аналогична методу получения изображения с помощью зеркала-концентратора и матрицы фотоумножителей, применяемому для изучения флуоресцентного изображения диска ШАЛ (детектор ТУС). Электроника камеры-обскуры является прототипом электроники детектора ТУС. Измерения вспышек в атмосфере с помощью камеры- обскуры можно рассматривать как вклад в подготовку эксперимента TUS, так как эти измерения позволяют оценить роль фона сигналов, подобных сигналам ШАЛ. 24

25 We thank you for the interest you have shown in RICH2010. We are happy to inform you that your contributed abstract Pinhole Camera for Observation of Transient Luminous Events in the Atmosphere. has been accepted by the RICH2010 International Scientific Advisory Committee as a Poster. 25