Β. Α. Βεργανελάκης (1), Α. Λέισος (1), Σ. Ε. Τζαμαρίας (1), Α. Τσιριγώτης (1) Θ. Μπίρμπας (2) και Ε. Πιερρή (1),(3)

Κατανεμημένο Σύστημα Ανίχνευσης Ατμοσφαιρικών Κατιονισμών Υψηλών Ενεργειών: Συμβολή στη Δευτεροβάθμια και Πανεπιστημιακή Εκπαίδευση στις Φυσικές Επιστήμες 1 Β. Α. Βεργανελάκης (1), Α. Λέισος (1), Σ. Ε. Τζαμαρίας (1), Α. Τσιριγώτης (1) Θ. Μπίρμπας (2) και Ε. Πιερρή (1),(3) (1) Εργαστήριο Φυσικής, Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας, Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο (2) Περιφερειακή Διεύθυνση Πρωτοβάθμιας & Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης Δυτικής Ελλάδας (3) Γραφείο Σχολικών Συμβούλων Ν. Αχαΐας Περίληψη Στο Εργαστήριο Φυσικής της Σχολής Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας (ΣΘΕΤ) του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου (ΕΑΠ) σχεδιάστηκε και κατασκευάζεται πρωτότυπη διάταξη κατανεμημένου τηλεσκοπίου υψηλοενεργειακών κοσμικών ακτίνων, από γαλαξιακές και εξωγαλαξιακές πηγές. Παράλληλα με τους ερευνητικούς στόχους του συστήματος σχεδιάστηκε και η εκπαιδευτική του χρήση ως εργαστηριακή διάταξη για φοιτητές, για την επιμόρφωση εκπαιδευτικών Βθμίας εκπαίδευσης και για την εκπόνηση εκπαιδευτικών προγραμμάτων Φυσικών και Περιβαλλοντικών Επιστημών στα Λύκεια. 1. Εισαγωγή Στην διαμόρφωση των εκπαιδευτικών στόχων του προγράμματος, όσον αφορά στην χρήση του στην Βθμια εκπαίδευση, συνετέλεσε η διαπίστωση ότι: οι μαθητευόμενοι εκτίθενται μόνον «επιδερμικά» στις συναρπαστικές και αναπάντητες ερωτήσεις της Φυσικής. Βασικό εκπαιδευτικό στόχο αυτού του προγράμματος αποτελεί η αναζωπύρωση του ενδιαφέροντος της εκπαιδευτικής κοινότητας για τις Φυσικές Επιστήμες και την Τεχνολογία. Παράλληλα, επιδιώκεται η δημιουργία ενός ερευνητικού εργαστηριακού περιβάλλοντος για τους φοιτητές των Φυσικών Επιστημών (τόσο για την εκτέλεση εργαστηριακών ασκήσεων όσο και για την εκπόνηση πτυχιακών εργασιών) και η ανάπτυξη ενός συστήματος συνεχούς επιμόρφωσης των εκπαιδευτικών, σε θέματα βασικής επιστήμης και τεχνολογίας. 1 Η εργασία αυτή παρουσιάστηκε με τη μορφή ομιλίας από τον Δρ. Β. Βεργανελάκη στο 9 ο κοινό συνέδριο Ελλήνων και Κυπρίων Φυσικών, Λευκωσία, 2005 1

Παράλληλα, το πρόγραμμα αυτό θα χρησιμοποιηθεί από ερευνητές για την ανάπτυξη βασικής έρευνας στην Αστροσωματιδιακή Φυσική. Επισημαίνεται ότι η παράλληλη χρήση του συστήματος για εκπόνηση επιστημονικής έρευνας προσδίδει ιδιαίτερα ελκυστικά χαρακτηριστικά στο εκπαιδευτικό πρόγραμμα. Ως κύριο των χαρακτηριστικών αυτών αναφέρεται το γεγονός ότι το περιβάλλον στο οποίο αναπτύσσεται η διαδικασία της εκπαίδευσης/επιμόρφωσης ταυτίζεται με το περιβάλλον στο οποίο παράγεται βασική γνώση. Ως βασικό αντικείμενο του προγράμματος έχει επιλεγεί η μελέτη των ατμοσφαιρικών κατιονισμών σωματίων, ιδιαίτερα εκείνων που προέρχονται από υψηλοενεργειακά κοσμικά στοιχειώδη σωμάτια [1]. Στο σύμπαν, υπάρχουν ουράνια αντικείμενα, γαλαξιακά και εξωγαλαξιακά, στα οποία δημιουργούνται κατάλληλες συνθήκες και μηχανισμοί επιτάχυνσης φορτισμένων σωματίων (πρωτόνια, νετρόνια ή πυρήνες) σε τεράστιες ενέργειες [2,3] και η παραγωγή φωτονίων μεγάλης ενέργειας. Ενεργειακά κοσμικά σωμάτια που φτάνουν στη γη έρχονται αναγκαστικά σε επαφή και αλληλεπίδραση με τη γήινη ατμόσφαιρα [4] και δημιουργούν 2 κατιονισμούς φορτισμένων σωματιδίων. Το φαινόμενο είναι γνωστό στη διεθνή ορολογία ως ηλεκτρομαγνητικός ή αδρονικός shower ανάλογα με τον τύπο της πρωτογενούς ακτινοβολίας (γάμμα ή αδρόνιο). Είναι φανερό πως η διαδικασία μελέτης των στοιχειωδών σωματίων μέσω κοσμικών ακτίνων συνδέει γνώσεις και μεθόδους της Αστροφυσικής 3 με αυτές της Φυσικής Στοιχειωδών Σωματίων 4. Με αλλά λόγια, χαρακτηρίζεται ως η Φυσική του Στοιχειώδους στο Μεγά-κοσμο [2]. Στο Σχήμα 1 παρουσιάζονται οι μετρήσεις, πληθώρας πειραμάτων ανά τω κόσμω, της ροής των κοσμικών σωματίων που φτάνουν στη γη (δηλαδή ο αριθμός τους ανά μονάδα επιφάνειας, στερεάς γωνίας, ενέργειας και χρόνου) συναρτήσει της ενέργειάς τους. 2 Οι πρωτογενείς ενεργειακές κοσμικές ακτίνες συγκρούονται με τα δομικά συστατικά της ατμόσφαιρας και παράγονται δευτερογενή σωμάτια, τα οποία έχουν και αυτά πολύ υψηλές ενέργειες. Ακολούθως, τα δευτερογενή αυτά σωμάτια συγκρούονται με άλλα μόρια ή άτομα της ατμόσφαιρας και η διαδικασία επαναλαμβάνεται όσο η διαθέσιμη ενέργεια ανά θυγατρικό σωμάτιο επαρκεί για την δημιουργία νέων σωματιδίων 3 Διότι η μελέτη της προέλευσης των κοσμικών ακτίνων συνδέεται με τη συγκρότηση του σύμπαντος. 4 Διότι οι μηχανισμοί παραγωγής, διάδοσης και αλληλεπίδρασης των κοσμικών ακτίνων αφορούν την θεμελιώδη δόμηση της ύλης και τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις. 2

Το αξιοπερίεργο και επιστημονικά «αδικαιολόγητο» σ αυτές τις μετρήσεις, εντοπίζεται στη μη μηδενική ροή κοσμικών ακτίνων στην περιοχή των υψηλών ενεργειών (από 10 19 ev και άνω). Ο διαστημικός χώρος θα έπρεπε να ήταν σχεδόν αδιαφανής 5 για φορτισμένα σωμάτια και ακτίνες γάμμα, εξωγαλαξιακής προέλευσης 19 με ενέργειες μεγαλύτερες από 6.8 10 ev. Τα πειραματικά αποτελέσματα όμως, με την προϋπόθεση βέβαια ότι δεν είναι προϊόν πειραματικού σφάλματος (π.χ. εσφαλμένη ενεργειακή βαθμονόμηση των ανιχνευτών), έρχονται να διαφωνήσουν με τις επικρατούσες αντιλήψεις. Ροή (σωμάτια ανά m 2 s) Ενέργεια (ev) Σχήμα 1: Ροή στοιχειωδών σωματίων που μετρήθηκαν στη γη συναρτήσει της ενέργειάς τους 5 Το σύμπαν είναι γεμάτο από την κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία [2,3], η οποία αποτελεί απομεινάρι των φωτονίων της πρώιμης εποχής του κόσμου μας. Τα φωτόνια αυτά υποβαθμίσθηκαν σε ενέργεια καθώς το σύμπαν διεστέλετο και κρύωνε. Αυτή η μικροκυματική ακτινοβολία, από την εποχή της δημιουργίας της μέχρι σήμερα, είναι σε θερμική ισορροπία με την ύλη του σύμπαντος. Με άλλα λόγια αντιστοιχεί στην ακτινοβολία που εκπέμπει το σύμπαν θεωρούμενο ως μέλαν σώματος, το οποίο σήμερα έχει θερμοκρασία 2.73Κ. Καθώς λοιπόν υψηλοενεργειακά σωμάτια (αδρόνια και γάμμα [1,2] ) διαδίδονται στο σύμπαν για μεγάλες αποστάσεις, συναντούν κάποια από αυτά τα κοσμικά φωτόνια του μικροκυματικού υποβάθρου, αλληλεπιδρούν με αποτέλεσμα να παράγονται σωμάτια μικρότερης ενέργειας. 3

2. Σύντομη Περιγραφή του Κατανεμημένου Συστήματος Ανίχνευσης Ατμοσφαιρικών Κατιονισμών Η ανίχνευση των κοσμικών ακτίνων γίνεται συνήθως με ανιχνευτικά συστήματα που φέρουν δορυφόροι (ιδιαίτερα για τη μελέτη ακτίνων γάμμα εκτός της γήινης ατμόσφαιρας) και με συστοιχίες επίγειων συστημάτων φωτοπολλαπλασιαστών σε κάτοπτρα ή συστημάτων ανίχνευσης του ιονισμού που προκαλείται από φορτισμένα σωμάτια των κατιονισμών στην ατμόσφαιρα. Λόγω της μικρής ροής των υψηλοενεργειακών κοσμικών σωματίων και των χωρικών διαστάσεων 6 των ατμοσφαιρικών κατιονισμών υψηλής ενέργειας, απαιτείται η κάλυψη μεγάλης επιφάνειας με ανιχνευτές. Στην περίπτωση συστημάτων μέτρησης του ιονισμού που προκαλούν τα θυγατρικά σωματίδια του κατιονισμού, τα οποία φτάνουν στην επιφάνεια της γης, κατασκευάζεται δίκτυο πολλών σταθμών ανιχνευτών. Με τον τρόπο αυτό λαμβάνονται δειγματικές/τοπικές μετρήσεις του αριθμού και της πυκνότητας σωματιδίων και καλύπτεται μεγάλη έκταση. Παράδειγμα τέτοιων τηλεσκοπικών διατάξεων αποτελούν τα πειράματα που περιγράφονται στην αναφορά [5]. Τα τελευταία χρόνια αναπτύσσονται μικρά κατανεμημένα συστήματα εντός Ευρωπαϊκών πόλεων καθώς και σε πόλεις της Β. Αμερικής [6,7,8,9]. Σε πόλεις, υπάρχει η δυνατότητα να φιλοξενηθούν κατανεμημένα συστήματα ανιχνευτών φορτισμένων σωματίων σε κτίρια, όπου σε κάθε κτίριο εγκαθίσταται ένας σταθμός. Στην ουσία μπορεί να είναι ένα οποιοδήποτε δημόσιο ή ιδιωτικό κτίριο με την προϋπόθεση ότι παρέχεται ηλεκτρική ισχύς και πρόσβαση στο διαδύκτιο. Η επιλογή σχολικών κτιρίων και κτιρίων σε πανεπιστήμια καλύπτει εύκολα τις υλικοτεχνικές απαιτήσεις και παράλληλα βοηθά στην εμπλοκή μαθητών, εκπαιδευτικών, φοιτητών στις αντίστοιχες δραστηριότητες. Η αρχιτεκτονική του συστήματος που σχεδιάσαμε και κατασκευάζουμε περιγράφεται περιληπτικά στο Παράρτημα Α. Η εκτίμηση της διεύθυνσης του κατιονισμού στηρίζεται στη μέτρηση των σχετικών χρόνων άφιξης των θυγατρικών σωματιδίων του κατιονισμού στους σταθμούς του συστήματος. Στο Σχήμα 2 6 Οι διαστάσεις ενός κατιονισμού στην ατμόσφαιρα από ένα κοσμικό σωμάτιο με ενέργεια 10 19 ev αντιστοιχούν σε ένα ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο με ύψος 12km και πλευρές βάσης περίπου 6km η κάθε μία. 4

περιγράφεται σχηματικά η αρχή λειτουργίας. Η γραμμοσκιασμένη περιοχή στο Σχήμα παριστά την θέση (μέτωπο) των σωματιδίων του κατιονισμού την χρονική στιγμή κατά την οποία τα σωματίδια διεγείρουν τους ανιχνευτές του σταθμού Α. Το μέτωπο σωματιδίων θα φθάσει και θα διεγείρει τους ανιχνευτές του σταθμού Β μετά από χρόνο Δt. Η μέτρηση αυτού του χρονικού διαστήματος και η γνώση της θέσης των σταθμών χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της διεύθυνσης του κατιονισμού και στη συνέχεια της διεύθυνσης του αρχικού κοσμικού σωματίου. Στην πράξη η διαδικασία εκτίμησης είναι περισσότερο πολύπλοκη και επίσης χρησιμοποιεί και την ένταση της κοσμικής ακτινοβολίας στις θέσεις των σταθμών. Η μέτρηση της έντασης (αριθμός σωματιδίων ανά μονάδα επιφάνειας) σε κάθε σταθμό χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της ενέργειας του αρχικού κοσμικού σωματίου [10,11]. Ο συγχρονισμός των σταθμών, οι οποίοι θα απέχουν εκατοντάδες μέτρα μέχρι και ένα χιλιόμετρο, θα επιτυγχάνεται μέσω GPS και ειδικών ηλεκτρονικών διατάξεων [12]. Α Β Σχήμα 2: Εγκάρσια διατομή μετώπου κατιονισμού. Με τη χρήση ανιχνευτών και τον κατάλληλο χρονισμό είναι δυνατή η εύρεση του μήκους L και η ανακατασκευή της τροχιάς του σωματίου που προκάλεσε τον κατιονισμό 3. Εκπαιδευτική χρήση του Συστήματος Ερευνητές από το Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, το Παν. Πατρών, το Παν. Αθηνών και το ΙΠΦ του ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ θα χρησιμοποιήσουν αυτό το κατανεμημένο σύστημα για μελέτες αστροσωματιδιακής φυσικής. Η επιστημονική εμβέλεια αυτής της διάταξης θα είναι σαφώς μικρότερη από τα μεγάλα πειράματα κοσμικών ακτίνων (π.χ. AGASA, AUGER) αλλά θα χρησιμοποιηθεί συν τοις άλλοις ως διάταξη ανάπτυξης νέας οργανολογίας. Επί παραδείγματι, ερευνητές του ΕΑΠ 5

εργάζονται για την ανάπτυξη συστήματος βαθμονόμησης υποθαλάσσιων τηλεσκοπίων νετρίνων. Εν τοιαύτη περιπτώσει οι ερευνητικές δυνατότητες του συστήματος θα είναι ανάλογες του αριθμού των σταθμών που θα κατασκευασθούν και της επιφάνειας που θα καλύπτει. Ωστόσο, ακόμα από την πρώτη φάση ανάπτυξης (κατασκευή τριών σταθμών μέχρι το καλοκαίρι του 2006) το σύστημα αυτό προσφέρει δυνατότητες πλήρους εκπαιδευτικής αξιοποίησης. Εξ αρχής προσφέρεται η δυνατότητα ώστε μαθητές, φοιτητές και εκπαιδευτικοί να συμμετάσχουν στην κατασκευή των ανιχνευτικών διατάξεων, στο λειτουργικό τους έλεγχο, στη βαθμονόμηση του συστήματος και στην ανάπτυξη λογισμικού, επεξεργασίας των δεδομένων, λογισμικού ελέγχου αλλά και εκπαιδευτικού λογισμικού παρουσίασης των αποτελεσμάτων και εκπόνησης εκπαιδευτικών προγραμμάτων. a a b Σχήμα 3: a) Ανιχνευτής ιονισμού από φορτισμένα σωμάτια υπό κατασκευή. Αποτελείται από τεμάχια πλαστικού σπινθηριστή και οπτικές ίνες. b) Οι οπτικές ίνες μεταφέρουν το φως που παράγεται στους σπινθηριστές σε φωτοπολλαπλασιαστή. Διακρίνονται τα ηλεκτρονικά (διαιρέτης τάσης) τροφοδοσίας των δυνόδων. 6

Επί παραδείγματι, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, στη κατασκευή (από πλαστικούς σπινθηριστές και οπτικές ίνες) και στη βαθμονόμηση των ανιχνευτών μπορούν να συμμετάσχουν ακόμα και μαθητές υπό την καθοδήγηση εκπαιδευτικών ενώ παράλληλα θα αναπτύσσονται εκπαιδευτικά προγράμματα με θέμα την αλληλεπίδραση της ιονιστικής ακτινοβολίας με την ύλη και την αρχή λειτουργίας ανιχνευτικών διατάξεων και φωτοπολλαπλασιαστών. Επισημαίνεται ότι η χρήση οπτικών ινών και η λειτουργία των φωτοπολλαπλασιαστών προσφέρει ιδανικές εργαστηριακές συνθήκες για τη μελέτη βασικής φυσικής (δυϊσμός του φωτός) και των τεχνολογικών εφαρμογών. Αποτελεί πλέον τετριμμένη διαπίστωση ότι η αξιοποίηση ενός εκπαιδευτικού προγράμματος ή προγράμματος επιμόρφωσης εξαρτάται από το σχεδιασμό της θεματολογίας του, της εκπαιδευτικής μεθοδολογίας που θα χρησιμοποιηθεί αλλά και από την ευκολία χρήσης των τεχνολογικών προϊόντων που χρησιμοποιούνται. Όσον αφορά στην θεματολογία αναπτύσσεται υλικό για την θεωρητική ενημέρωση των συμμετεχόντων, υπό έντυπη μορφή αλλά και σε μορφή ψηφιοποιημένων διαλέξεων (webcasts) [13]. Το υλικό αυτό αφορά τα ακόλουθα θέματα: α) την αλληλεπίδραση φορτισμένων σωματίων με την ύλη, τις αρχές λειτουργίας και την χρήση πλαστικών σπινθηριστών και φωτοπολλαπλασιαστών για την ανίχνευση κοσμικών ακτίνων, β) στοιχεία από την αστρονομία (όπως οι γαλαξιακές συντεταγμένες) γ) τη δόμηση της ύλης από στοιχειώδη σωμάτια και τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις, δ) τους επιταχυντές σωματίων και την χρήση τους στην προώθηση της γνώσης, ε) τους μηχανισμούς παραγωγής και το ενεργειακό φάσμα των κοσμικών ακτίνων, ζ) στοιχεία στατιστικής ανάλυσης πειραματικών δεδομένων και μεθόδους προσομοίωσης, η) περιβαλλοντική πληροφορία που εμπεριέχουν οι μετρήσεις της ροής κοσμικών ακτίνων. Παράλληλα, τόσο κατά την κατασκευή του συστήματος όσο και κατά την χρήση του, θα δίνεται η δυνατότητα στους συμμετέχοντες να χειριστούν παλμογράφους, να βαθμονομήσουν σπινθηριστές και φωτοπολλαπλασιαστές, να χειρίζονται ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου των συσκευών από απόσταση και τέλος να χειρίζονται πακέτα λογισμικού τα οποία θα επεξεργάζονται τα πειραματικά δεδομένα. Το σύστημα έχει σχεδιασθεί ώστε να επιτρέπει την πρόσβαση εξ αποστάσεως του χρήστη σε κάθε σταθμό και την διεξαγωγή μετρήσεων και 7

βαθμονόμησης σε πειραματικές συνθήκες που επιλέγονται από τον χρήστη. Απομένει η ανάπτυξη κατάλληλου λογισμικού ελέγχου, φιλικού προς τον χρήστη, το οποίο θα υποστηρίζει τις εκπαιδευτικές δράσεις. Επιπλέον, απομένει η δημιουργία δικτυακών χώρων, εύκολης πρόσβασης, οι οποίοι θα περιέχουν το (οργανωμένο) εκπαιδευτικό υλικό, πληροφορίες χρήσης, οδηγίες σε εκπαιδευτικούς καθώς και την πύλη πρόσβασης στα πειραματικά δεδομένα και τις ανιχνευτικές διατάξεις. Η βασική αρχιτεκτονική της δικτυακής δομής του συστήματος έχει σχεδιασθεί. Έχουν εντοπισθεί και περιγραφεί οι λειτουργίες και οι υπηρεσίες που θα πρέπει να προσφέρει το δικτυακό σύστημα πρόσβασης των χρηστών και απομένει η υλοποίησή του από εκπαιδευτικούς πληροφορικής και φοιτητές. Τέλος, επισημαίνεται ότι αυτό το σύστημα παρέχει τη δυνατότητα συλλογής περιβαλλοντικών δεδομένων, με άμεσο τρόπο (πέραν δηλαδή της πληροφορίας που μεταφέρουν οι κοσμικές ακτίνες), σε πραγματικό χρόνο καθώς και την ανάπτυξη ερευνητικών ή/και εκπαιδευτικών προγραμμάτων σχετικά με τεχνολογία πληροφορικής (αυτοματισμούς, δίκτυα, συστήματα κατανεμημένης επεξεργασίας κτλ), σχετικά με τη μέτρηση μη ιονιστικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας κτλ. 4. Συμπεράσματα Το Εργαστήριο Φυσικής του ΕΑΠ κατασκευάζει με τη συνεργασία επιστημόνων από άλλα Πανεπιστήμια και Ερευνητικά Ιδρύματα πρωτότυπο σύστημα κατανεμημένων ανιχνευτών κοσμικής ακτινοβολίας. Το σύστημα αυτό θα χρησιμοποιηθεί ως «εργαστήριο» ανάπτυξης οργανολογίας και μεθοδολογίας αστροσωματιδιακής φυσικής αλλά παράλληλα θα προσφέρει τη δυνατότητα ανάπτυξης ενός καινοτομικού εκπαιδευτικού εργαστηρίου ικανού να στηρίξει την εκπόνηση εκπαιδευτικών προγραμμάτων και προγραμμάτων επιμόρφωσης που αφορούν την Βθμια και την Πανεπιστημιακή εκπαίδευση στην Φυσική, τις Επιστήμες Περιβάλλοντος και την Πληροφορική. 8

Παράρτημα Α Σύντομη Περιγραφή του Συστήματος Το κατανεμημένο σύστημα σχεδιάστηκε ως παράλληλο σύστημα ημιαυτόνομων σταθμών (stations) οι οποίες επικοινωνούν με κεντρικό σταθμό (server) μέσω του διαδικτύου και συγχρονίζονται με δορυφορικά σήματα GPS. O server βρίσκεται στο Εργαστήριο Φυσικής του ΕΑΠ, ενώ οι σταθμοί θα είναι εγκατεστημένοι σε κτίρια (η τελική εγκατάσταση δεν έχει αποφασισθεί ακόμα). Η πρόσβαση στις λειτουργικές μονάδες κάθε σταθμού επιτυγχάνεται μόνο μέσω του server και για όποιον εξωτερικό χρήστη διαθέτει την (σε πραγματικό χρόνο και όχι μέσω κωδικού) άδεια του server. Station Κάθε station αποτελείται από 4 ανιχνευτικές μονάδες (modules) με αυτόνομη γεννήτρια υψηλής τάσης, τοποθετημένες στις κορυφές οριζόντιου ισόπλευρου τριγώνου πλευράς ~10m (δύο modules τοποθετούνται το ένα πάνω από το άλλο). Κάθε module αποτελείται από ένα πλαστικό κιβώτιο το οποίο περιέχει σύστημα πλαστικών ανιχνευτών και οπτικών ινών, φωτοπολλαπλασιαστή, προγραμματιζόμενη μονάδα τροφοδοσίας με υψηλή τάση, LED βαθμονόμησης, περιβαλλοντικά όργανα (στην αρχή μόνο θερμόμετρα), κύκλωμα διακοπής της τάσης σε μεγάλες θερμοκρασίες. Κάθε module περιβάλλεται από ανακλαστικό υλικό (Tyvec) και στέκεται υπερυψωμένο σε μεταλλική βάση με υποδοχές για σκιάστρο (το καλοκαίρι). Τα modules συνδέονται καλωδιακά με ένα σύστημα Η/Υ το οποίο παρέχει ηλεκτρική ισχύ με τάση 12V, σήματα ελέγχου για τις γεννήτριες υψηλής τάσης και τα LED για κάθε module. Επιπλέον δέχεται τα αναλογικά σήματα των φωτοπολλαπλασιαστών και σήματα περιβαλλοντικών οργάνων (στην αρχή μόνο θερμόμετρα) από κάθε module. Περιλαμβάνει επίσης ηλεκτρονική κάρτα λήψης δεδομένων DAQ_C (στην θύρα USB), δύο αναλογικές κάρτες ελέγχου I/O (slow control, στη σειριακή θύρα) και μία μονάδα τροφοδοσίας πολλαπλών εξόδων στη σειριακή θύρα. Κάθε station περιλαμβάνει δέκτη GPS ο οποίος μέσω ειδικής ηλεκτρονικής μονάδας παρέχει σήματα χρονισμού στο DAQ_C. Τα καλώδια σήματος και τροφοδοσίας του LED είναι τύπου RG58 ενώ τα υπόλοιπα απλά χάλκινα καλώδια. Η επιλογή γεγονότων γίνεται αυτόνομα για κάθε σταθμό από τη μονάδα DAQ_C και χρησιμοποιούνται δύο συμπληρωματικές μετρήσεις της διάρκειας του 9

παλμού των φωτοπολλαπλασιαστών ως εκτίμηση του συνολικού φορτίου. Οι μετρήσεις ψηφιοποιούνται και καταγράφονται στο σκληρό δίσκο του Η/Υ, ενώ αποστέλλονται και στο κεντρικό Server μέσω του διαδικτύου. Παράλληλα αναπτύσσεται σύστημα γρήγορης επεξεργασίας των σημάτων στο Η/Υ κάθε station ώστε να διευκολυνθεί η ανάλυση των δεδομένων. Server Στο κεντρικό σύστημα υπάρχει ο πλήρης έλεγχος, μέσω διαδικτύου, κάθε station. Υπάρχει η δυνατότητα πρόσβασης εξ αποστάσεως του χρήστη και η διενέργεια αλλαγών των λειτουργικών παραμέτρων μίας ή περισσοτέρων station, συλλογή γεγονότων βαθμονόμησης με την ενεργοποίηση του LED ή με κοσμικές ακτίνες. Σε συνθήκες συνεχούς ροής των δεδομένων (Run), ο Server ελέγχει την ποιότητα των δεδομένων, τις περιβαλλοντικές και λειτουργικές παραμέτρους, ενεργοποιεί alarms, λαμβάνει αποφάσεις για επείγουσα διακοπή της λειτουργίας και δέχεται τα πειραματικά δεδομένα κάθε station. Τα δεδομένα αναλύονται σε συστοιχία άλλων υπολογιστών και ως ανακατασκευασμένες οντότητες (NxN πίνακες χαρακτηριστικών των κατιονισμών κοσμικών ακτίνων) προσφέρονται σε σύστημα παρουσίασης των μετρήσεων (presenter) μέσω του διαδικτύου σε εξωτερικούς χρήστες. 5. Βιβλιογραφία 1. T. Gaisser, Cosmic Rays and Particle Physics, Cambridge University Press, Cambridge, 1990. 2. K. Bαγιονάκης, Σωματιδιακή και Κοσμολογική Φυσική, Εκδόσεις Πανεπιστημίου Ιωαννίνων, 3 η Έκδοση, Ιωάννινα, 2003. 3. Ι. Γεοργακόπουλος, Α-Ω, Η Μεγάλη Επανάσταση στον Τομέα της Μικροφυσικής, 2 η Έκδοση, Πάτρα, 2003. 4. P. Grieder, Cosmic Rays at Earth, Elsevier Science B. V., Amsterdam, 2001. 5. M. Nagano, A.A. Watson, Observations and implications of the ultrahigh-energy cosmic rays, Reviews of Modern Physics. Vol. 72, No. 3, 2000. 10

6. ALTA Experiment http://www.phys.ualberta.ca/facilities/electronics/projects/alta01.htm 7. WALTA Experiment http://neutrino.phys.washington.edu 8. CHICOS Experiment http://www.chicos.caltech.edu 9. SEASA Experiment http://www.particle.kth.se 10. P. Hofverberg, Air Shower Simulations for the SEASA Experiment, 2003, ISSN 0280-316X, TRITA-FYS-2003:61. 11. A. Khaplanov, Performance of the First Detector Station for SEASA the Stockholm Education Air Shower Array, 2004, ISSN 0280-316X, TRITA-FYS- 2004:39. 12. A. H. Johnston, Triangulation Procedure for ALTA Cosmic Ray Detectors http://csr.phys.ualberta.ca/alta/downloads/triangulation.pdf 13. B. A. Βεργανελάκης, Νέες Τεχνολογίες στην εξ Αποστάσεως Πανεπιστημιακή Εκπαίδευση στις Φυσικές Επιστήμες και Εφαρμογές, πρακτικά του κοινού συνεδρίου ΕΔΙΦΕ και IOSTE Διδακτική Φυσικών Επιστημών και Τεχνολογίας: οι προκλήσεις του 21ου αιώνα, 2004. 11