Привет geektimes.
При мысли о детекторах космического излучения, первое что приходит в голову, это счетчики Гейгера, сцинтилляторы, охлаждаемые детекторы и прочая дорогая и экзотичная аппаратура. Однако как оказалось, “поймать” частицы можно гораздо проще — при помощи обычной цифровой камеры.
Как это работает, подробности под катом.
О возможности подобного детектирования я узнал совершенно случайно из статьи “CAPTURING COSMIC RAYS WITH A DIGITAL CAMERA”, опубликованной на www.cloudynights.com. Я совершенно далек от ядерной физики, так что теоретическая часть это фактически вольный перевод из той статьи.
Космические лучи — это высокоэнергетичные частицы, летящие в пространстве со скоростью, почти достигающей скорости света. Они были открыты еще в 1900х, когда было выяснено наличие ионизирующего излучения, возрастающего на больших высотах. Энергия излучения оказалась такова, что оно проникает даже через металлическую защиту. Оно было обнаружено глубоко под землей и под водой.
Как показали исследования, космическое излучение подразделяется на первичное и вторичное. Первичное — это летящие с большой скоростью протоны, ядра водорода, гелия, иногда более тяжелых элементов. Некоторые частицы имеют энергию 3*10^20 эВ, что было бы достаточно чтобы зажечь 100-ваттную лампу в течение секунды. Источниками таких частиц являются взрывы сверхновых, процессы в нейтронных звездах, галактических ядрах и черных дырах. Достигая атмосферы Земли, частицы сталкиваются с атомами и молекулами воздуха, порождая вторичное излучение. У поверхности Земли оно практически полностью состоит из мюонов, частиц похожих на электроны, но имеющих гораздо большую массу. На поверхности Земли энергия мюонов составляет 4ГэВ, что позволяет им проникать на глубину до 700м.
Поток мюонов на поверхности составляет примерно 1 частицу на квадратный сантиметр в минуту (запомним это число, оно пригодится чтобы прикинуть сколько частиц пролетит через сенсор камеры). Из первичного излучения, до поверхности Земли доходит всего лишь 3% частиц.
Для нас же, наибольший интерес представляет то, что помимо традиционных способов типа счетчиков Гейгера, космическое излучение детектируется и CMOS/CCD-матрицами. К чему мы сейчас и приступим.
В процессе детектирования частиц весьма удобно то, что для этого не надо ни лететь в космос, ни даже ехать в горы. Вполне достаточно просто положить камеру на стол, предварительно закрыв крышкой объектив.
Задача N1 — получение достаточного количества снимков. Камера в принципе подойдет любая, с возможностью ручных настроек. Очевидно, что чем больше площадь сенсора, тем больше столкновений удастся получить. Лишний свет не нужен, так что крышку объектива нужно будет закрыть. В вышеприведенной статье рекомендуются выдержки 1-3 минуты. В моем случае, имелась камера Basler ace, максимальная выдержка которой составляет всего 1с, это тоже подойдет (частицы все равно летят гораздо быстрее), единственный минус такого случая — придется обрабатывать больше кадров.
Для камеры была написана простая программа с использованием Pylon SDK, которая непрерывно делает фото, для других камер наверняка можно найти что-то аналогичное. ISO и выдержку стоит подобрать так, чтобы с одной стороны, кадр был достаточно темным, с другой стороны, чтобы чувствительность была максимально возможной.
В моем случае программа работала 4 часа, было записано 7200 кадров, каждый с выдержкой 1с. Очевидно, что максимальный поток частиц идет с неба сверху, так что камера была положена с закрытой крышкой объектива, матрицей вверх.
Следующих шагом встает задача автоматической обработки результатов. Была написана программа на Python, которая для каждого кадра определяет максимальную яркость. Результаты работы программы выводятся в виде CSV-файла, для которого легко построить график. Таким образом, если на кадре будет яркая точка, он будет выделен среди остальных.
(спасибо за советы в комментариях по улучшению качества кода)
В результате получается набор CSV-строк, примерно такого вида:
index;MaxL;name;
0,80,capture-00000.tif;
1,81,capture-00001.tif;
2,80,capture-00002.tif;
3,81,capture-00003.tif;
Файл можно сохранить и открыть например, в Excel, чтобы построить график.
Программа работает небыстро. Была попытка распараллелить обработку на несколько потоков, однако прироста скорости это почему-то не дало. Впрочем, скорость здесь не особо критична — время обработки несущественно по сравнению с тем временем, которое частица летела к Земле.
Честно говоря, вообще не верилось что что-то получится. Тем интереснее было открыть cvs в виде графика и увидеть результат. По горизонтали номер кадра, по вертикали яркость в RGB. Напоминаю, что крышка объектива была закрыта.
Четко видны пики яркости, которые явно выделяются из среднего уровня шумов матрицы. В начале также хорошо видно повышение шума из-за нагрева камеры.
Стало интересно, как регистрация частицы выглядит “вживую”. На картинках 100% кроп (неподвижные точки это шумы матрицы):
Как можно видеть, метод действительно работает. Желающие также приглашаются попробовать и показать результаты. Вроде под Android есть даже готовые программы для смартфонов. Теоретически, может подойти и вебкамера, поток с которой можно записывать в виде файлов с помощью ffmpeg. При наличии 2х одинаковых камер, интерес представляет также размещение матриц параллельно друг другу, что позволит фиксировать направление полета частиц.
И наконец, не менее интересен сам факт, что каждую минуту через нас пролетают десятки заряженных частиц, обладающих энергией, достаточной чтобы пробить 700м земной поверхности. Как это влияет на клетки, остается только гадать. Впрочем, есть теория (и наверное небезосновательная), что именно космическая радиация является тем самым фактором, из-за которого и произошла эволюция. Так что если бы не эти частицы, некому было бы читать эту статью.
При мысли о детекторах космического излучения, первое что приходит в голову, это счетчики Гейгера, сцинтилляторы, охлаждаемые детекторы и прочая дорогая и экзотичная аппаратура. Однако как оказалось, “поймать” частицы можно гораздо проще — при помощи обычной цифровой камеры.
Как это работает, подробности под катом.
Теория
О возможности подобного детектирования я узнал совершенно случайно из статьи “CAPTURING COSMIC RAYS WITH A DIGITAL CAMERA”, опубликованной на www.cloudynights.com. Я совершенно далек от ядерной физики, так что теоретическая часть это фактически вольный перевод из той статьи.
Космические лучи — это высокоэнергетичные частицы, летящие в пространстве со скоростью, почти достигающей скорости света. Они были открыты еще в 1900х, когда было выяснено наличие ионизирующего излучения, возрастающего на больших высотах. Энергия излучения оказалась такова, что оно проникает даже через металлическую защиту. Оно было обнаружено глубоко под землей и под водой.
Как показали исследования, космическое излучение подразделяется на первичное и вторичное. Первичное — это летящие с большой скоростью протоны, ядра водорода, гелия, иногда более тяжелых элементов. Некоторые частицы имеют энергию 3*10^20 эВ, что было бы достаточно чтобы зажечь 100-ваттную лампу в течение секунды. Источниками таких частиц являются взрывы сверхновых, процессы в нейтронных звездах, галактических ядрах и черных дырах. Достигая атмосферы Земли, частицы сталкиваются с атомами и молекулами воздуха, порождая вторичное излучение. У поверхности Земли оно практически полностью состоит из мюонов, частиц похожих на электроны, но имеющих гораздо большую массу. На поверхности Земли энергия мюонов составляет 4ГэВ, что позволяет им проникать на глубину до 700м.
Поток мюонов на поверхности составляет примерно 1 частицу на квадратный сантиметр в минуту (запомним это число, оно пригодится чтобы прикинуть сколько частиц пролетит через сенсор камеры). Из первичного излучения, до поверхности Земли доходит всего лишь 3% частиц.
Для нас же, наибольший интерес представляет то, что помимо традиционных способов типа счетчиков Гейгера, космическое излучение детектируется и CMOS/CCD-матрицами. К чему мы сейчас и приступим.
Практика
В процессе детектирования частиц весьма удобно то, что для этого не надо ни лететь в космос, ни даже ехать в горы. Вполне достаточно просто положить камеру на стол, предварительно закрыв крышкой объектив.
Съемка
Задача N1 — получение достаточного количества снимков. Камера в принципе подойдет любая, с возможностью ручных настроек. Очевидно, что чем больше площадь сенсора, тем больше столкновений удастся получить. Лишний свет не нужен, так что крышку объектива нужно будет закрыть. В вышеприведенной статье рекомендуются выдержки 1-3 минуты. В моем случае, имелась камера Basler ace, максимальная выдержка которой составляет всего 1с, это тоже подойдет (частицы все равно летят гораздо быстрее), единственный минус такого случая — придется обрабатывать больше кадров.
Для камеры была написана простая программа с использованием Pylon SDK, которая непрерывно делает фото, для других камер наверняка можно найти что-то аналогичное. ISO и выдержку стоит подобрать так, чтобы с одной стороны, кадр был достаточно темным, с другой стороны, чтобы чувствительность была максимально возможной.
В моем случае программа работала 4 часа, было записано 7200 кадров, каждый с выдержкой 1с. Очевидно, что максимальный поток частиц идет с неба сверху, так что камера была положена с закрытой крышкой объектива, матрицей вверх.
Обработка
Следующих шагом встает задача автоматической обработки результатов. Была написана программа на Python, которая для каждого кадра определяет максимальную яркость. Результаты работы программы выводятся в виде CSV-файла, для которого легко построить график. Таким образом, если на кадре будет яркая точка, он будет выделен среди остальных.
Исходный текст на Python
import time, datetime
import os, datetime
from PIL import Image
# Get all files in a folder and subfolders
def getMediaFilesList(folder):
file_paths = []
for root, directories, files in os.walk(folder):
for filename in files:
if ".jpg" in filename.lower() or ".png" in filename.lower() or ".tif" in filename.lower():
# Save full file path
filepath = os.path.join(root, filename)
file_paths.append(filepath)
return file_paths
# Analyze content of the image files
def analyzeFiles(filesList, threshold):
for index,path in enumerate(filesList):
startTime = datetime.datetime.now()
photo = Image.open(path)
photo = photo.convert('L')
b = max(set(photo.getdata()))
dT = (datetime.datetime.now() - startTime).total_seconds()
if b > threshold:
print "{},{},{},{}; !!!".format(index, b, path, dT)
else:
print "{},{},{},{};".format(index, b, path, dT)
folder = "/Users/XXX/BaslerCam2/"
threshold = 130
filesList = getMediaFilesList(folder)
print "Analyze {} files:".format(len(filesList))
analyzeFiles(filesList, threshold)
print "Done"
(спасибо за советы в комментариях по улучшению качества кода)
В результате получается набор CSV-строк, примерно такого вида:
index;MaxL;name;
0,80,capture-00000.tif;
1,81,capture-00001.tif;
2,80,capture-00002.tif;
3,81,capture-00003.tif;
Файл можно сохранить и открыть например, в Excel, чтобы построить график.
Программа работает небыстро. Была попытка распараллелить обработку на несколько потоков, однако прироста скорости это почему-то не дало. Впрочем, скорость здесь не особо критична — время обработки несущественно по сравнению с тем временем, которое частица летела к Земле.
Результаты
Честно говоря, вообще не верилось что что-то получится. Тем интереснее было открыть cvs в виде графика и увидеть результат. По горизонтали номер кадра, по вертикали яркость в RGB. Напоминаю, что крышка объектива была закрыта.
Четко видны пики яркости, которые явно выделяются из среднего уровня шумов матрицы. В начале также хорошо видно повышение шума из-за нагрева камеры.
Стало интересно, как регистрация частицы выглядит “вживую”. На картинках 100% кроп (неподвижные точки это шумы матрицы):
Заключение
Как можно видеть, метод действительно работает. Желающие также приглашаются попробовать и показать результаты. Вроде под Android есть даже готовые программы для смартфонов. Теоретически, может подойти и вебкамера, поток с которой можно записывать в виде файлов с помощью ffmpeg. При наличии 2х одинаковых камер, интерес представляет также размещение матриц параллельно друг другу, что позволит фиксировать направление полета частиц.
И наконец, не менее интересен сам факт, что каждую минуту через нас пролетают десятки заряженных частиц, обладающих энергией, достаточной чтобы пробить 700м земной поверхности. Как это влияет на клетки, остается только гадать. Впрочем, есть теория (и наверное небезосновательная), что именно космическая радиация является тем самым фактором, из-за которого и произошла эволюция. Так что если бы не эти частицы, некому было бы читать эту статью.
Поделиться с друзьями
Jamato
А если сложить камеру на ребро, есть ли шанс получить вместо точек небольшие мутные полоски-следу по аналогии с пузырьковой камерой?
DmitrySpb79
Теоретически да, на практике не пробовал.
Ну и площадь поверхности пропорционально уменьшится, так что придется увеличивать время съемки.
Jamato
Ох, да, это будет ОЧЕНЬ серьёзным уменьшением площади.
igruh
Зато это будет чистым, показательным и красивым экспериментом. Надо только взять камеру с возможностью произвольной выдержки с внешним приводом, чтобы затвор слишком быстро не угробить и внешним питанием, чтобы можно было на несколько тысяч кадров, но уже по несколько минут поставить.
Itachi261092
бери камеру Sony серии SLT (с полупрозрачным зеркалом) там у затвора ресурс в разы больше. Не нужно зеркалом хлопать.
caveeagle
Частицы летят под произвольным углом. Надо слишком точно угадать угол, чтобы получить след.
ptica_filin
Кажется, с моим фотоаппаратом однажды случилось именно такое во время длинного перелёта. Кривая светлая линия через весь кадр осталась навсегда.
Andy_Big
У меня большие сомнения в том, что траектория тяжелой частицы может так сильно искривиться :)
GennPen
Скорее всего софт камеры при обработке изображения компенсирует деформацию изображения линзами, тем более на фотографии широкий угол используется. ptica_filin, на увеличении также чуть искривленная линия?
Но тут вероятно, просто в матрице вышел из строя один столбец, и причин этому может быть множество.
Andy_Big
Хм, да, действительно искривление возможно из-за софтовой компенсации искажений объектива.
И согласен, что мюоны тут вряд ли при делах. Если бы они так портили матрицы, то фотоаппараты можно было бы выкидывать уже через месяц после покупки :)
ptica_filin
Да, зум на кривизну никак не влияет. Это была мыльница Canon Ixus. Зум с электроприводом, как у всех мыльниц. Наверняка в приводе есть магнит, в поле которого траектория частицы могла искривиться.
Может, конечно, были и другие причины. Но момент выхода из строя настораживает.
WildHorn
>Наверняка в приводе есть магнит, в поле которого траектория частицы могла искривиться
Траектория заряженных частиц искривляется в электрическом поле, а не в магнитном. Да и электрическое поле для такого искривления траектории частиц с энергиями, которые смогли бы прошить корпус камеры, нужно значительно больше того, что дала бы катушка размером с саму камеру. Менее энергичные заряженные частицы не пройдут через корпус.
Duchus
>Траектория заряженных частиц искривляется в электрическом поле, а не в магнитном.
А силу Лоренца уже отменили???
WildHorn
Я говорил про постоянный магнит. В каком именно месте постоянное магнитное поле от магнита переходит в электрическое?
ptica_filin
Магнитного поля достаточно. Причём постоянного.
Школьный учебник физики забыли? Именно по радиусам искривлённых треков частиц в магнитном поле и определяли их параметры.
Duchus
Постоянный магнит не будет действовать на неподвижную заряженную частицу. Есть относительная скорость — есть воздействие.
Duchus
P.S. При движении заряженной частицы у нее появляется магнитное поле. Поэтому при появлении скорости относительно магнита, они будут взаимодействовать.
Ну а электромагнитное поле возникает при изменении скорости движения частиц.
WildHorn
Открыл учебник — да вы правы. Похоже, ощущение праздника, витающее в воздухе действует на меня губительно. Туше.
LynXzp
Я как-то интересовался как напрямую с OmniVision матриц считывать данные, ЕМНИП там стоит матрица АЦП и данные считываются рядами. И вот скорее всего повреждение получил какой-то транзистор на этой шине. И вполне возможно из-за ионизирующего излучения, но наверное из-за более тяжелой частицы, т.к. иначе бы у нас все матрицы можно было бы через месяц выбрасывать.
Это только предположение.
blik13
имелось ввиду появление жизни?
lavmax
Думаю, что скорее всего имелись ввиду ошибки при копировании ДНК.
willmore
Нет, имелись в виду случайные мутации => изменчивость => естесственный отбор => эволюция.
GalVorbak
Нет, возникновение жизни связано с химией. А вот нарушения при копировании днк = мутации = появление новых признаков = эволюция.
blik13
Ну тогда эволюция не произошЛА, а происходИТ. (потому и задан первоначальный вопрос)
argz
А есть ли практическое применение этой информации? Вот мы за час поймали столько-то частиц, а что дальше?
P.S. Не троллинг, реально интересный метод, на досуге сам попробую.
Fullmoon
Ну, можно вычислить примерный радиоактивный фон. Матрица же не только излучение космического происхождения ловит.
Впрочем да, это не более чем игрушка, занимательные физические опыты.
Bombus
Можно попробовать сравнить результат с измерениями в полете на самолете. Просто очень интересно.
Fullmoon
Хм. Как в следующий раз полечу — надо будет не забыть попробовать. Тут главное чёрную изоленту не забыть найти.
Bombus
Ну так-то если полетите и проверите, пожалуйста отпишитесь здесь. Другим тоже интересно.
a5b
Был проект сети на базе смартфонов (в основном образовательный):
http://news.wisc.edu/physicist-turns-smartphones-into-pocket-cosmic-ray-detectors/ Physicist turns smartphones into pocket cosmic ray detectors October 1, 2014 "DECO for Distributed Electronic Cosmic-ray Observatory"
http://pos.sissa.it/archive/conferences/236/691/ICRC2015_691.pdf 2015 Detecting particles with cell phones: the Distributed Electronic Cosmic-ray Observatory "The DECO project provides a cell phone app and interactive web site for education and outreach as well as citizen science."
Для некоторых редких событий сеть детектирования на смартфонах может быть полезна (при размере сети под миллион аппаратов)
http://crayfis.ps.uci.edu/paper.pdf "Observing Ultra-High Energy Cosmic Rays with Smartphones" — "a network of 1000
phones in a square kilometer approaches 100% shower detection efficiency for UHECRs above 10^(19.5) eV"
(но на https://en.wikipedia.org/wiki/Pierre_Auger_Observatory пока что такое ловится эффективнее на бочки с водой, 1.6 тысячи их — https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/PAO_SDTank.jpg — https://en.wikipedia.org/wiki/File:Layout_of_Pierre_Auger_Observatory.svg)
equinoxe
Этот проект существует и по сей день https://wipac.wisc.edu/deco/home
Летом такой дождь утром прошёл, что я на свой телефон больше 900 частиц поймал. Счетчик менялся прямо на глазах, я смотрел и офигевал. До этого, кажется за месяц, от силы 4 частицы поймал, и уже начинал терять интерес.
Публикация о проекте на Гиктаймс https://geektimes.ru/post/269710/
upsilon
Очень круто! Вот реально впечатлили, интересно существуют ли еще источники помех, но, в любом случае, это уже результат.
Fullmoon
Вроде под Android есть даже готовые программы для смартфонов
Radioactivity counter — самая, пожалуй, проработанная.
KrasCoder
Великолепно! Спасибо! Прочитал и как-то прям с космосом слился! Удачи всем!
Bobnecat
Если не ошибаюсь, есть даже специальные матрицы на эту тему. Пару лет назад видел статью где на основе ардуино и подобной матрицы человек собрал аналог счетчика гейгера.
WildHorn
Есть. Но те что используются для научных экспериментов безумно дорогие и дико чувствительные. Их при дневном освещении включать нельзя и фонарём в комнате с ними светить запрещено, так что ставить их практически на ощупь — то ещё удовольствие. Везли мы одну такую на полигон — народ на неё дышать боялся.
qbertych
Мюоны — это та еще головная боль при детектировании слабого света. Их чудесно видят любые ПЗС и фотоумножители; чуть получше ситуация с лавинными диодами: их спасает очень маленькая активная область.
По опыту могу сказать, что поток мюонов заметно больше, чем частица на см2 в минуту. Но это с учетом менее энергетичных частиц (чувствительные камеры их видят, фотоаппарат — вряд ли).
WildHorn
У нас прямо сейчас детектор выдаёт около 1 частицы на см^2 в минуту для мюонов. Если добавить туда электроны, то примерно в два-три раза больше, от нижнего уровня обрезания энергии зависит. А вот гамма-кванты дают уже около 15-20 частиц / см^2 * мин.
qbertych
А расскажите, чем и от каких частиц можно защититься? Регулярно с коллегами думаем в сторону "а что если взять много свинца и обложить им ПЗСку", но дальше разговоров дело пока не заходило.
WildHorn
Метод защиты практически от любых частиц один — увеличение окружающей массы вещества. Оптимально — тем же свинцом, он имеет наибольшую плотность из доступного. Пара миллиметров уберёт практически все электроны (кроме высокоэнергичных, но их совсем мало). Пять сантиметров зарежет почти всё гамма-излучение (опять же кроме высокоэнергичного, но в естественном фоне его очень мало). А вот от мюонов нужно «закапытваться» очень глубоко. Они имеют довольно пологий спектр, т.е. высокоэнергичных частиц в спектре много. Единственное что радует — самих мюонов относительно мало.
Единственная проблема свинца — он будет генерировать нейтронные каскады, но ПЗС должна быть к ним нечувствительна.
Однако, если вы детектируете свет, то вам ведь надо оставить окно сверху? А основное направление прихода частиц как раз оттуда. Ну, кроме гаммы — она светит практически со всех сторон.
qbertych
Понятно, спасибо. Наш свет, к счастью, приходит не сверху, а сбоку.
Zibx
Из весьма доступных комплектующих если заморочиться — можно собрать камеру Вильсона.
Принцип действия такой камеры прост и гениален — влажность достигает 100% и высокоэнергетические частицы при взаимодействии передают дополнительную энергию и конденсируют жидкость.
Вот первый попавшийся пример с ютуба:
ilmarin77
Что-то я сильно сомневаюсь что это следы именно космического излучения, а не обычный тепловой шум.
Имейте ввиду что обычная CCD матрица считает накопленные электроны в ячейке, а вовсе не их энергию.
AVX
Для гарантированного исключения этого нужно просто поставить друг на друга две и более камеры. Каждая делает снимки в один и тот же момент (ну как момент — в пределах выставленной выдержки, конечно). Чуть усложняем программу — и готово: если это тепловые шумы, то они не могут быть одинаковыми на обоих камерах. А частица вполне себе пролетит и через два фотоаппарата, при этом вспышка зарегистрируется на обоих (если я правильно понимаю).
upsilon
Может пролетит, а может и нет, по-моему лучше поставить камеру (или камеры) в разные условия:
например, одна смотрит в Землю, будет ли она наблюдать меньше вспышек?
Хотя… камере вообще важно с какой стороны пролетит частица?
В любом случае, можно попробовать поставить боком
Alexeyslav
Частица прошивает 700 метров земли… что ей несколько миллиметров пластика и медной фольги? Там главное условие для повышения вероятности регистрации частицы это максимизировать проекцию площади матрицы на перпендикуляр вектора движения частицы. А поскольку земля снизу и слой атмосферы на уровне горизонта достаточно хорошо экранирует частицы то преимущественно они будут приходить с зенита. Поэтому матрицу располагать параллельно поверхности земли, не важно какой стороной.
Интересно, кстати, расположить матрицу с наклоном в 45 градусов — эффективная площадь конечно уменьшится в 2 раза, но тогда большинство частиц будут задевать НЕСКОЛЬКО пикселей.
upsilon
Как минимум, частица может отклониться с определенным шансом, или у вас есть доказательство обратного?
Alexeyslav
Можно ли резко отклонить поезд несущийся на всех парах? Вот так и с частицей… пока она не потеряет энергию, отклонить её будет весьма сложно. И только представьте себе, частица прошивает примерно 100км воздушной прослойки и почему-то должна отклонится в нескольких миллиметрах пластика и фольги? Хотя несомненно, если она попадёт точнюсенько в ядро атома, то может быть какое-то отклонение вместе с распадом этого атома.
Alexeyslav
Вспышка зарегестрируется на обоих только если её вектор будет проходить через обе матрицы — и чем меньше матрицы и дальше друг от друга тем уже сектор с которого возможна регистрация частицы.
Я вот слабо представляю как можно поставить два фотоаппарата друг к другу чтобы минимизировать расстояние между матрицами, а у мобильных матрицы вообще микроскопические для таких целей — буквально считанные миллиметры. Разве что использовать этот факт для наблюдение строго за определённым сектором пространства — этакий аналог телескопа для частиц. Но если наблюдать за определёнными объектами, нужна будет специальная следящая монтировка компенсирующая вращение земли.
Поэтому… чтобы провести эксперимент, надо взять две матрицы хотябы HF или лучше FF и с ними уже опыты проводить. А если взять 6 матриц — можно будет определить вектор частицы.
Я вот что подумал, ведь вполне реально сделать в виде вакуумной лампы такой куб из CCD-сенсоров низкого разрешения размером 5x5 сантиметров и по 100 ячеек в каждом из измерений. Дорого, Беспощадно. Бессмысленно. Ибо такие сенсоры уже есть, размером в сотню метров и сенсорами размером по 10см.
sinigr
Частицы космического излучения при столкновении порождают шквал вторичного излучения, что и фиксируется матрицей как более яркая вспышка на фоне ровного теплового шума.
В астрофотографии применяют считывание темных кадров (с закрытым объективом), чтобы отделить на «рабочих» снимках тепловые шумы матрицы от слабых звезд.
ilmarin77
Предлагаю подумать на тему, что будет когда такая частица прилетает в чип памяти без ECC.
kgbplus
Прироста скорости с библиотекой threading и не должно быть, все потоки исполняются на одном ядре (гуглите на тему GIL). Можно попробовать использовать multiprocessing, возможно в вашем случае будет прирост скорости.
DmitrySpb79
Спасибо. Никогда бы не подумал что потоки на одном ядре выполняются. После С++ как-то дико…
FreemanZlat
Классно!
Я когда снимал ночные таймлэпсы астро-камерой (zwo asi 120mc) таких «артефактов» было довольно много. Снимал по 1000-2000 кадров за ночь с выдержками 8-16с и «артефакты» проскакивали каждые несколько десятков кадров, что вполне соответствует значению из статьи (1 частица на квадратный сантиметр в минуту).
Я всё думал, что это камера косячит или блики от проезжающих мимо машин.
pi_11_001001
а глаз в темноте, может быть детектором? пытался наблюдать вспышки в самолете и в палатке на высоте 6000 метров — не удалось. а может нужен эффективный очки-экран-генератор вторичного(и других порядков) излучения.
"… Обнаруженный космонавтом Эдвином Олдрином эффект возникновения световых вспышек был для него настолько неожиданным и непонятным, что он вначале не решался сказать о нем своим товарищам. Однако на обратном пути Олдрин все же просил их проверить его наблюдения. После приземления Нейл Амстронг и Майк Коллинз признались, что они так же, как и Олдрин, наблюдали «световые точки», «черточки» и несколько «двойных точек». С этого времени почти все члены экипажей космических кораблей «Аполлон» сообщали о наблюдении вспышек, которые отличались по яркости и по форме...." http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/n_i_j/1973/9-svet-vspysh.html
pi_11_001001
ещё мысли
и http://preprints.lebedev.ru/wp-content/uploads/2011/12/2006_8.pdf и вопрос какой толщины и конфигурации должны быть пластины(свинец?) перед глазами чтобы максимально увеличить возможность наблюдения глазом? http://n-t.ru/ri/mk/sk103.htm
IgorKolpakov
Есть подозрение, что вспышки, видимые глазом, вызывают высокоэнергетичные ионы. Не все космонавты даже их видели. Более всего таких наблюдений было, вроде, в программе Аполлон (полет на Луну). На низкой орбите МКС их уже меньше. Возможно, мюоны глазами не увидишь. В противном случае при указанной в статье интенсивности 1 мюон на см2 в минуту на уровне земли их было бы видно раз в 20 секунд. Однако, такого не происходит.
Мне кажется, свинцовые пластинки не понадобятся. Мюоны и на обычной фотопластинке треки оставляют. Пример приведен в статье:
http://inno-exp.ru/archive/15/innov_15_2015_52-66.pdf
Кроме того, мюонную томографию используют в том числе и для того, чтобы вулканы просвечивать для отслеживания (в динамике) движения магматических масс:
https://nplus1.ru/material/2015/10/27/muons
Так что, для того, чтобы их (мюоны) серьёзно задержать, потребуется достаточно большой слой свинца. )
Fullmoon
Насколько я знаю, генератором вторичного излучения при интенсивном облучении становится само стекловидное тело. Только подобные наблюдения плохо совместимы с жизнью.
Но в теории — да, чувствительность сетчатки позволяет ловить одиночные фотоны.
Randl
А шум почему не вычитаете?
Robotex
А возможно как-то преобразовать энергию этого мюона в электричество? А то че они тут бестолку летают? :)
Alyoshka1976
Тема очень интересная. Для ловли следов частиц я применял обычную веб-камеру и приложение, написанное на Delphi 7. Большинство следов на мюоны не смахивали (их курс незыблем :-), но все равно жутко интересно смотреть утром, что поймалось. Как бонус — можно использовать для грубой оценки гамма-фона. При расположении вблизи ИИИ частота событий возрастала.
Alyoshka1976
В дополнение своего комментария — вот мой проект для космической рыбалки на MATLAB: https://github.com/Dreamy16101976/CosmicRays_MATLAB
Компилируем в экзешник и можно баловаться.
rPman
можете показать разницу фото с холодной матрицы и с горячей?
DmitrySpb79
Охлаждаемые камеры действительно существуют — там и пельтье, и кулер. Например вот — https://astronomy-imaging-camera.com/products/usb-3-0/asi-224mc-cool/
Я лично не испытывал.
Разница по шумам с холодной-горячей матрицей действительно видна:
ilmarin77
— пример темнового тока в CCD матрице в зависимости от температуры. Температуре в Кельвинах: ( 20C = 273K)
ilmarin77
пардон, 0C=273K
KbRadar
Пусть здесь полежит это видео.
Конструкция не такая простая как может показаться на первый взгляд. Два быстрых сцинтилляционных детектора из пластика сверху и снизу, по срабатыванию обоих на пластины даётся высоковольтный (порядка 10 кВ) импульс вызывающий пробой который визуализирует след частицы. Основные трудности — конструктив (параллельность пластин, изоляция, кажется что оптимальный результат достигается не на воздухе) и времянка (импульс должен быть подан в пределах 500 нс с момента регистрации частицы сцинтилляционными детекторами, а коммутировать 10 киловольт за наносекунды на ёмкость порядка 1000 пФ — ещё та задача). Зато зрелище эффектное.
Itachi261092
Правильно ли я понимаю, что этим частицам пофиг на структуру всех материалов через которые они проходят? То есть должен ли каким то значительным образом на траекторию этой частицы повлиять объектив с крышкой, стоящий перед матрицей? И если да, то наверное не лишним будет совет снять объектив и закрыть байонет заглушкой (актуально для фотоаппаратов со сменными объективами), чтобы не влиять на траекторию.
Странное, однако, явление. мелкие частицы проходят сквозь всё, но почему то не ломает молекулярные связи и материалы. Никогда об этом не задумывался. Просто в теории например: если на площадь 1 кв.см. в 1 минуту пролетает 1 мюон, это значит что за 10 лет через средний объектив площадью скажем около 3 кв.см. пролетает более 15 миллионов частиц (3*60*24*365*10=15768000). И ни одна из них не сталкивается с элементами стекла и материалов, и никак не портит состояние оптики…
DmitrySpb79
Видимо примерно так и есть :)
Опыт Резерфорда:
www.physics.ru/courses/op25part2/content/chapter6/section/paragraph1/theory.html
…
Следовательно, при достаточно большом значении n ?-частицы могли бы испытать рассеяние на большие углы вплоть до 180°. Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме.
…
Таким образом, опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, диаметр которого не превышает 10^–14..10^–15 м. Это ядро занимает только 10^–12 часть полного объема атома, но содержит весь положительный заряд и не менее 99,95 % его массы.
Alexeyslav
Сталкиваются, портят… только 15млн частиц слишком мало чтобы нанести какой-то заметный вред.
Даже если одна частица порушит миллионы молекулярных связей на своём пути, что толку если этих молекул порядка 10^23 на жалкий моль вещества? Оптика портится, стекло темнеет но при значительно больших дозах таких частиц. Оно скорее потемнеет от естественного радиационного фона чем от мюонов.
KbRadar
Здесь вспоминается вид стекла рентгеновских трубок бывших в эксплуатации. Стекло приобретает коричневый оттенок, но порядок накопленных доз там измеряется сотнями тысяч-миллионами Р.
Alexeyslav
Это ещё стойкое стекло, в Чернобыле радиационностойкие линзы на камерах темнели за сутки…
KbRadar
Кстати да, надо будет приколоться и при случае посветить рентгенкой на обычную стекляху.
Alexeyslav
Вообще от рентгена довольно слабо эффект выражается, быстрее всего действует бета- и гамма-излучение.
KbRadar
Гамма и рентген по сути одно и то же — фотонное излучение.
Действие беты на стекло не наблюдал ни разу — возможности нет.
Alexeyslav
суть одна, а длина волны разная и соответственно сечение поглощения у стекла для этих излучений разное.
KbRadar
С длиной волны там уже давно путаница: «Гамма-квантами являются фотоны с высокой энергией. Считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1—100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению. С точки зрения физики, кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.» — прекрасная цитата на эту тему. Я предпочитаю пользоваться термином «фотонное излучение» как наиболее точным.
Azat2015
Спасибо, интересно.
У меня на балконе последние полгода стоит счетчик Гейгера, который временами регистрирует скачки радиации в 2-5 раз от среднего значения. Может быть в мюонах причина?.. Вот, например, последний рекорд
DmitrySpb79
Да, интересно. Мюоны из космоса вряд ли бы имели привязку к местному времени. Выбросы с соседнего завода? :)
Azat2015
Нету соседнего завода.) Грешил на какого-нибудь радиоактивного соседа или флюрографическую лабораторию на колесах.) Пока не смог найти закономерности.
DmitrySpb79
Спросите у KbRadar, у них думаю самый большой опыт из здесь присутствующих со счетчиками Гейгера. Еще можно попробовать поискать на narodmon.ru, и сравнить данные с другими участниками и регионами.
Azat2015
Спасибо, попробую.
Alyoshka1976
Даже от «беспредельного» тахометра с Ан-2 на расстоянии метров полутора уже превышения не регистрируется. Если у соседа такой ИИИ-артефакт, что ТАК чувствуется у Вас, то дело совсем дрянь. Скачок в 5 раз — очень странно, хотя может Ваш сосед самодельный рентген мастерит…
KbRadar
Нельзя ли пояснить какой используется счётчик, какая схема включения и как усредняются данные? Может быть наведёт на мысль.
Azat2015
Работает в такой системе
KbRadar
Вижу по плате что сигнал снимается скорее всего с катода счётчика. На всякий случай не помешает убедиться что всё нормально с помехами. Самый простой способ — просто отключить высокое напряжение от анода счётчика и оставить в таком состоянии надолго, понаблюдать не будет ли регистрироваться импульсов.
Alexeyslav
Может, всё-таки инопланетяне? Устроили скрытую магистраль в районе вашего дома и шастают туда-сюда, а двигатель даёт такой «выхлоп»…
KbRadar
Кстати, недавно наблюдал забавное явление. Троицк, подмосковье, последний этаж многоэтажного дома, от комнаты где лежали приборчики как минимум две стены (кроме пола) до соседних квартир или наружной стены дома.
В 7 часов 50 минут утра проснулся от того что заорали приборчики лежащие в разных местах. Орать перестали довольно быстро и я снова уснул. Проснувшись посмотрел на график с фаста* (остальные не были привязан к какому-либо смартфону) и увидел забавную картинку которую прилагаю. Произошло следующее: сначала фон, потом 6576 цпс** за двухсекундный интервал, потом 13004 цпс, потом 568, и дальше опять фон. Как будто три секунды кто-то рентгеном светанул, но светить тут им нЕкому. У кого какие догадки будут? Надо мной чердак, в принципе может быть что на чердаке кто-то в начале рабочего дня сделал рентгеновский снимок какой-нибудь трубы, но в нашем колхозе такое крайне маловероятно. ШАЛов таких не бывает. Будут ли догадки?
** цпс — от англ. counts per second — импульсов в секунду.
Azat2015
Почитал обсуждение вконтакте, интересно.)
Вот это скачок — так скачок! %)
KbRadar
Я пока больше склоняюсь что светили рентгеном. Очень уж точно получается экспозиция в 3 секунды ровно. Но откуда, кто и зачем — загадка.
Вообще в последнее время всегда с собой таскаю сцинтилляционный детектор, иногда подмечаю забавные особенности местности и зданий.
Azat2015
Тоже посчитал, ~3,099 сек. По мне тоже должно быть техногенного происхождения. Выдержка кстати вполне рентгеновская.
KbRadar
Возможно (хоть и маловероятно) что могли к тяжелобольному на дом притащить рентген. Но до соседей перекрытие которое должно хорошо поглощать.
Могли на чердаке какую-нибудь трубу дефектоскопом светануть, но вроде не практикуется такое у нас.
Alexeyslav
Смотрите на ЭЛТ-дисплеи и микроволновки — оттуда может быть случайное рентгеновское излучение.
KbRadar
Точно не тот случай. Нижняя энергетическая граница чувствительности сработавших приборов лежит в пределах 30-40 кэВ.
DmitrySpb79
Почитал про Atom Fast, интересная штука. KbRadar, cделали бы хоть обзор на хабре.
Где можно купить, в Европу почтой высылаете? На ебее ничего не нашлось.
KbRadar
Возможно на новогодних праздниках. У меня крутится в голове мысль о том чтобы написать статейку на тему «как мы сцинтилляторы и твердотельные ФЭУ осваивали», но времени пока совсем нет. Atom Fast вышел в свет в начале ноября, вещица довольно молодая, но уже успевшая многих заинтересовать соотношением чувствительности, размеров, экономичности и цены. Близких аналогов пока нет, и не думаю что скоро появятся.
Здесь лежит краткое описание устройства и работы с ним.
Купить можно у меня. Версия с кристаллом 4*7*35 мм = 12500 рублей, 8*8*50 мм = 16500 рублей, можно в любой валюте по курсу.
Высылаю по всему миру почтой и EMS\Пониэкспрессом. Почтой дешевле но дольше (практически в любую точку мира в пределах $15), остальные сильно зависят от страны но как правило в пределах $40-50.
Если из-за границы то оплату можно пэйпалом, при такой сумме их комиссия не такая значительная.
Спасибо за интерес к нашему прибору!
DmitrySpb79
Спасибо, ответил в личные сообщения.