Розвиток функціональності пакету Ganglia для моніторування автоматичного збору даних установки «Русалка» (стр. 2 )

Рис.1.2. Спектр всіх частинок первинних космічних променів.

Інтенсивність космічних променів на великих інтервалах часу була постійна протягом ~ 109 років. Однак, з'явилися дані, що 30-40 тис. років тому інтенсивність космічних променів помітно відрізнялася від сучасної (див. Рис. 1.4.). Пік інтенсивності пов'язують з вибухом близькою до Сонячної системи (~ 50 пк) Наднової. [3]

Рис.1.3. Залежність інтенсивності космічних променів від часу, отримана при дослідженні відносної концентрації космогенних радіоактивних ізотопів.

РОЗДІЛ 2

ПРОЕКТ «ЗЛИВИ ЗНАНЬ»

Щоб прийняти участь у досліджені космічних променів достатньо приєднатися до проекту «Зливи знань».

2.1. Ціль та напрямок проекту «Зливи знань»

Проект був задуманий і створений співробітниками Лабораторії Ядерних Проблем ім. Об'єднаного Інституту Ядерних Досліджень (м. Дубна). Перший кластер, що складається з 7 робочих станцій, розміщений в будинках Інституту.

У проекту є дві основні складові - освітня і наукова. Основна задача першого етапу - розвиток інтересу відвідувачів інтернету (насамперед, звичайно, учнів) до Фізики і, як наслідок, підвищення рівня знань фундаментальних природних наук (астрономії, фізики, математики та інформатики) в суспільстві взагалі і в ВУЗах, і в школах, зокрема.

Починаючи з 1996 року, в світі розглядаються (і з перемінним успіхом реалізуються) проекти широкого залучення учнів старших класів та студентів до актуальних наукових досліджень шляхом створення розподіленого детектора для дослідження широких атмосферних злив.

Основна відмінність запропонованого проекту від усіх попередніх полягає в наступному: в ньому не передбачається розміщення детектуючих станцій в школах. Відмова від обов'язкового розміщення детекторів в школах дає ряд істотних переваг. По-перше, як показало математичне моделювання, найбільш розумно групувати детектуючі станції в кластери з 5-7 окремих станцій, які розташовуються рівномірно по площі на відстані кількох сотень метрів один від одного. Прив'язуючись до шкіл практично неможливо забезпечити цю умову. Розміщення станцій в школах породжує ряд непотрібних додаткових труднощів, пов'язаних із збереженням детекторів, забезпеченням їх цілодобової роботи і так далі. Перехід від «шкільної» до «кластерної» структури із забезпеченням інтернет-доступу до отриманих даних суттєво розширює коло потенційних учасників від обмеженого числа учнів шкіл, безпосередньо залучених в проект, до будь - якого зацікавленого, що має доступ в Інтернет відвідувача.

Таким чином, проект розкладається на кілька частин. Перш за все, силами фахівців-фізиків створюється та обслуговується розподілена установка зі стільниковою структурою. Під «стільниковою» мається на увазі, що установка складається з ряду максимально простих робочих станцій для реєстрації космічних частинок. Станції групуються у кластери з 5-7 станцій кожен. Число станцій / кластерів може необмежено нарощуватися в ході виконання проекту.

2.2. Експериментальна установка проекту

Для експерименту використовується установка під назвою «Русалка». Установка «Русалка» - система семи робочих станцій. Окрема робоча станція «РУСАЛКА» складається з двох сцинтиляційних лічильників, приймача системи глобального позиціонування GPS або ГЛОНАС та електронного блоку для формування і введення даних в комп'ютер, що має доступ в інтернет. [4]

Рис. 2.1. Окрема робоча станція "РУСАЛКА".

Процес формування електричного сигналу в сцинтиляційному детекторі відбувається в два етапи. Спочатку в сцинтиляторах відбувається перетворення іонізаційних втрат частинок в спалах світла. Після чого це світло збирається на фотокатод фотоелектронного помножувача (ФЕП), який перетворює світловий сигнал в електричний.

Рис. 2.2. Конструкція сцинтиляційного детектора.

Найбільш важливим і складним елементом робочої станції є електронний блок в якому відбувається обробка як інформації від сцинтиляційних детекторів, так і від GPS антени. Даний блок (QNet DAQ) був розроблений і виготовлений в Лабораторії ім. Е. Фермі в США спеціально для аналогічного "шкільного" ​​проекту і придбаний для описуваного проекту в Дубні. Для тимчасового зберігання та подальшої передачі в центральний комп'ютер (сервер) накопичених даних використовується одноплатний мікрокомп'ютер.

Рис.2.3. Блок QNetDAQ.

Доступ до даних, безперервно одержуваних на такій установці, дозволяє всім бажаючим з першого моменту приєднання до проекту взяти участь в дослідженні властивостей космічних променів і, що не менш суттєво, через це знайомитися з найсучаснішими науковими і практичними завданнями - починаючи від гіпотез розвитку всесвіту і кінчаючи способами обробки і передачі даних через інтернет. Список наукових та технічних питань, що мають відношення до даної тематики, як можна собі уявити, незвичайно великий, але не є предметом даного короткого вступу. Перелік досліджень, в яких учасник зможе взяти участь і який безумовно буде поповнюватися.[4]

Другий принциповий момент полягає у стільникового структурі виникає установки. Наявність в комплекті апаратури приймача системи глобального позиціонування, знайомого широкій публіці як пристрої навігації - тобто безперервного визначення географічних координат цього приймача, має другу, ключову для даної ідеї, особливість - можливість точного визначення абсолютного часу появи досліджуваної події. А це означає, що зареєстрована в даній робочій станції подія має точну абсолютну тимчасову позначку і може за цим параметром (наприклад, вимога одночасності або певної тимчасової послідовності появи сигналів), аналізуватися спільно з усіма іншими даними, одержуваними в установці.

Встановивши зв'язок з аналогічними проектами вже діючими в інших країнах, можна встановити факт тимчасового збігу подій, зареєстрованих в Дубні й, наприклад, в Празі або Турині.

Необхідно підкреслити ще один ключовий момент - установка стає вкрай корисним джерелом для навчання з моменту запуску перших кількох станцій, але запуск кожної нової станції збільшує наукову значущість роботи і, в перспективі, при широкому поширенні проекту (N> 100 станцій) даний проект може привести до створення глобального супер-детектора для дослідження суперзагадкових і суперрідких злив від космічних частинок надвисоких енергій (> 1019еВ) на рівні кращих світових установок.

2.2. Порядок роботи на сайті проекту «Зливи знань».

Для того щоб приєданатись до програми «Зливи знань» протрібно зайти на сайт http://livni. jinr. ru/ і перейти в меню: Персональное – Регистрация.

(Рис. 2.4.) Сайт запропонує заповнити таблицю з даними про вас.

Рис. 2.4. Реєстрація нового акуанту в проекті.

Хочу звернути увагу що після реєстрації, поштова скринька, стане вашим логіном для входу і дані про реєстацію, новини будуть надходити на неї.

Після реєстрації потрібно зайти в проект. Для цього переходимо в пункт меню Персональное –Вход, та вводимо свої дані при реєстрації. (Рис 2.5.)

Рис. 2.5. Вікно логіну проекту.

Після входу, в серединю меню сайта, зявиться ще один пункт, задания – який буде виділятися серед інших обведеням. (Рис 2.6.). Саме в цьому пункті ми і будемо працювати. В пункті «Задания» можно побачити слідуючі підпункти, а саме:

·  Список – тут будуть відображатися всі зроблені вами задачі, за весь час перебування в проекті.

·  Редактирование – в цьому пункті можна редагувати ваші задачі.

·  Новое – пункт меню «Новое» дає можливість задати задачу з своїми параметрами.

·  Описание задач – це свого роду «Справка», яка має бути присутня в любому проекті \ програмі для пояснення того що робиться.

Рис. 2.6. Вигляд пункту меню „Задания”.

Захожу в пункт меню Задания – Новое и вибираю Signal duration.

Signal duration - побудова двомірного розподілу тривалостей сигналів в двох сцинтиляційних детекторах зазначеної станції за вказаний часовий інтервал.

Ця опція дає можливість зрозуміти як розподілені сигнали від широких атмосферних злив в двох лічильниках станції по тривалості, як вони пов'язані між собою і з числом частинок, зареєстрованих в даній події.

Тепер трохи докладніше:

Установка «Русалка» складається з серії незалежних робочих станцій для реєстрації випадків приходу на Землю частинок із зливи, утвореного в атмосфері Землі частинками високої енергії, що прилетіли з Космосу. У кожної робочої станції є два детектора, що реєструють частку зазначених злив. Це - сцинтиляційні лічильники. Інформація з цих лічильників попередньо аналізується на предмет виділення подій в яких в обох лічильниках майже одночасно (у тимчасовому вікні ± 1200 нсек) з'являються сигнали від частинок. Такі події дуже схожі на випадки реєстрації космічних злив, але можуть викликатися або імітуватися різними фоновими процесами. Аналіз таких подій, на предмет виділення в них "справжніх" подій злив і фонових випадків і є предмет цієї серії нашого аналізу та експериментів. На наступному малюнку наведено ідеалізовані форми 4-х сигналів різної амплітуди від сцинтиляційних лічильників.