DISPOSITIVO DE DETECCIÓN DE PARTÍCULAS DE ALTA ENERGÍA.

Dispositivo de detección de partículas de alta energía.

Permite conocer la dirección de procedencia de las partículas de alta energía (rayos cósmicos) que inciden sobre la atmósfera terrestre,

así como su flujo, destacando fundamentalmente por comprender al menos un detector (10) de fotones luminosos, que incorpora internamente un sensor de alta sensibilidad (11) lumínica, preferentemente un sensor (11) de carga acoplada CCD, cubierto por una pantalla opaca (12); un pie orientable (20) sobre el que se encuentra soportado el detector (10), y que permite regular su altura y ángulo de inclinación; una base inferior (30) en la cual se encuentra instalado el pie orientable (11); y un cuerpo envolvente (40) de material transparente, vinculado a la base inferior (30), que protege al detector (10) frente a condiciones climatológicas adversas, entrada de polvo y/o suciedad.

Dispositivo de detección de partículas de alta energía.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo de la astrofísica, y más concretamente a la detección de partículas de alta energía (rayos cósmicos) que inciden sobre la atmósfera terrestre.

El objeto principal de la presente invención es un detector de partículas de alta energía, que destaca fundamentalmente por permitir obtener la dirección de la que proceden dichas partículas, así como su flujo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, uno de los problemas más acuciantes en el campo de la astrofísica, y más en particular en la investigación y análisis de partículas de alta energía, es la dificultad para percibir dichas partículas como lo que realmente son, entidades físicas.

Dichas partículas de alta energía, comúnmente llamadas “rayos cósmicos” son partículas subatómicas y núcleos atómicos ligeros que viajan por el espacio, procedentes de distintas fuentes y que eventualmente colisionan con nuestro planeta a alta velocidad (en muchos casos, a una velocidad próxima a la velocidad de la luz) . Se trata fundamentalmente de protones, neutrones, electrones y núcleos atómicos. También algunos rayos cósmicos están formados por partículas de antimateria, como por ejemplo positrones y antiprotones.

Cuando los rayos cósmicos llegan a la Tierra colisionan contra las moléculas de aire que se encuentran en las capas altas de la atmósfera, fundamentalmente moléculas de nitrógeno y oxígeno, que son las más abundantes. Esta colisión genera una cascada de partículas más ligeras (piones, muones, etc.) que se propagan por la atmósfera.

Actualmente se conocen sistemas o dispositivos que permiten detectar estas partículas de alta energía, estando basados dichos sistemas en la observación y detección de los fenómenos de choque e impacto de dichas partículas desde unos satélites artificiales o globos sonda (M. Boezio et al., “Measurement of the flux of atmospheric muons with the CAPRICE94 apparatus”, 2000) , lo cual implica un procedimiento de realización complejo y considerablemente costoso.

El problema técnico que aquí se plantea es que los actuales dispositivos de detección de partículas de alta anergía (rayos cósmicos) , no permiten identificar la dirección de procedencia de dichas partículas, ni tampoco estimar su flujo, si no es mediante el uso de un complejo equipamiento que implica un elevado coste económico.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Mediante la presente invención se resuelve el problema técnico anteriormente planteado proporcionando un dispositivo de detección de partículas de alta energía, más comúnmente conocidas como rayos cósmicos, que destaca fundamentalmente por permitir conocer la dirección de procedencia de dichas partículas, así como su flujo, todo ello mediante un dispositivo totalmente autónomo y de bajo coste, que no requiere la supervisión constante de ninguna persona.

Para ello, se hace uso de los efectos que tienen las partículas de alta energía cuando colisionan e impactan con las moléculas de aire presentes en la atmósfera terrestre. Más concretamente, un impacto de dichas partículas sobre sensores de alta sensibilidad lumínica, preferentemente sensores de carga acoplada CCD (del inglés charge coupled device) , genera una imagen representada por una traza luminosa que produce una diferencia de potencial cuya medición sirve tanto para saber que se ha producido un impacto, como para estimar el flujo y la dirección de la que proceden dichas partículas.

Más en particular, el dispositivo de detección de partículas de alta energía objeto de invención comprende al menos un detector de fotones luminosos, que incorpora internamente un sensor de alta sensibilidad lumínica dotado de múltiples pixeles (o células fotoeléctricas de forma cuadrangular) que convierten la señal luminosa captada en una señal digital, estando dicho sensor cubierto por una pantalla opaca, permitiendo dicho sensor de alta sensibilidad obtener tanto la dirección de procedencia como el flujo de las partículas de alta energía que inciden sobre el detector cuando éstas colisionan con la pantalla opaca.

Cada detector/es de fotones luminosos se encuentra soportado sobre un pie orientable que dispone superiormente de un cuerpo articulado que permite regular su altura y ángulo de inclinación, estando instalado dicho pie orientable sobre una base inferior a la cual se encuentra vinculado un cuerpo envolvente de material transparente, preferentemente de metacrilato, que protege al detector frente a condiciones climatológicas adversas, entrada de polvo y/o suciedad.

Dichos detectores se comunican con una unidad de control mediante una tarjeta de adquisición de datos que recoge la imagen generada por el sensor CCD y la envía a un ordenador central para su análisis posterior. Según la potencia de estos ordenadores, cada uno de ellos puede controlar uno o varios de estos detectores al mismo tiempo. Para ello se utiliza un software de control que procesa las imágenes enviadas por los detectores e identifica cuándo se ha producido el impacto de una partícula de alta energía.

Por otra parte, se ha previsto la disposición de una fuente de alimentación de corriente continua DC de 12 voltios para el suministro eléctrico de los detectores. El amperaje de dicha fuente debe ser lo suficientemente alto como para alimentar a todos los detectores del dispositivo de detección objeto de invención, necesitándose un amperaje mínimo del orden de 250 mA por sensor.

De acuerdo con una realización preferente de la invención, el dispositivo de detección de la presente invención presenta una configuración tipo "ojo de insecto", empleando múltiples sensores de alta sensibilidad lumínica CCD distribuidos uniformemente sobre la superficie de la base inferior, cubriendo así un mayor volumen atmosférico.

Asimismo, preferentemente la base inferior comprende unos agujeros o perforaciones de ventilación, con objeto de obtener un adecuado intercambio térmico en el interior del cuerpo envolvente. Además, se ha previsto que dicha base inferior presente su superficie de color blanco con el fin de minimizar el aumento de temperatura procada por la incidencia directa de los rayos solares sobre dicha superficie.

Por tanto, mediante el dispositivo de detección de la presente invención se proporciona un equipamiento de bajo coste para llevar a cabo la detección de partículas de alta energía (rayos cósmicos) que impactan contra la atmósfera terrestre. Para ello se aprovecha el efecto que la colisión de estas partículas tiene sobre los dispositivos electrónicos, tales como los sensores CCD. Además, el dispositivo de detección aquí descrito tiene la ventaja de funcionar de una forma totalmente autónoma, sin requerir la intervención humana. Por otro lado, y en contraposición a lo que sucede en los actuales sistemas de detección satelitales, el dispositivo objeto de invención tiene la ventaja adicional de permitir la toma de medidas directamente desde el suelo, in situ.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Muestra una vista en perspectiva general del dispositivo de detección de partículas de alta energía objeto de invención.

Figura 2. Muestra una vista detallada de uno de los detectores que conforman el dispositivo de detección objeto de invención.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Se describe a continuación un ejemplo de realización preferente haciendo mención a las figuras arriba señaladas, sin que ello limite o reduzca el ámbito de protección de la presente invención.

De acuerdo con una realización preferente mostrada en la figura 1, el dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía comprende:

- un conjunto de detectores (10) de fotones luminosos, orientados hacia distintos puntos del cielo en una configuración tipo “ojo de insecto”, que disponen internamente de un sensor de alta sensibilidad (11) lumínica CCD, estando éste último cubierto por una pantalla opaca (12) negra, permitiendo dicho sensor de alta sensibilidad (11) la obtención de la dirección y el flujo de partículas de alta energía incidentes sobre los detector (10) , cuando dichas partículas colisionan con...

1. Dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía caracterizado porque comprende:

- al menos un detector (10) de fotones luminosos, que incorpora internamente un sensor de alta sensibilidad (11) lumínica cubierto por una pantalla opaca (12) , de modo que cuando una partícula de alta energía impacta con dicho sensor (11) , éste último genera una imagen representada por una traza luminosa que produce una diferencia de potencial cuya medición sirve tanto para saber que se ha producido un impacto, como para estimar el flujo y la dirección de la que proceden dichas partículas,

- al menos un pie orientable (20) sobre el que se encuentra soportado el detector (10) , y que dispone superiormente de un cuerpo articulado (21) que permite regular su altura y ángulo de inclinación,

- una base inferior (30) en la cual se encuentra instalado el pie orientable (11) , y

- un cuerpo envolvente (40) de material transparente, vinculado a la base inferior (30) , que protege al detector (10) frente a condiciones climatológicas adversas, entrada de polvo y/o suciedad.

2. Dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un conjunto de detectores (10) distribuidos uniformemente sobre la superficie de la base inferior (30) .

3. Dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque los detectores (10) se encuentran distribuidos sobre la base inferior (30) según una configuración de tipo “ojo de insecto”, estando orientados hacia distintos puntos del cielo.

4. Dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el/los detectores (10) se encuentran conectados a una unidad de control que recoge la imagen generada por el sensor de alta sensibilidad (11) y la envía a un ordenador central para su posterior análisis.

5. Dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el/los detectores (10) están conectados a una fuente de alimentación DC para su suministro eléctrico.

6. Dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el sensor de alta sensibilidad (11) lumínica es un sensor de carga acoplada CCD.

7. Dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo envolvente (40) presenta una configuración de cúpula.

8. Dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 7, caracterizado porque el cuerpo envolvente (40) es de metacrilato.

9. Dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la pantalla opaca (12) es de polietileno de baja densidad.

10. Dispositivo de detección (1) de partículas de alta energía de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la base inferior (30) comprende adicionalmente unas perforaciones (50) de ventilación para un adecuado intercambio térmico con el exterior.

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