揭开宇宙奥秘的南极冰层望远镜IceCube

2010-07-06 09:22:14来源: 电子工程专辑 关键字:数据转换  放大  望远镜  能量  探测

  近来,科学家们正在构建世界上最大的望远镜,以搜索人类已知的最小亚原子粒子。此次采用了ADI(Analog Devices Inc.)公司的数据转换器和放大,他们被深埋于地球上最冷大陆之一,南极洲冰层之下2千米。

  这一被称为IceCube的创新型地下望远镜项目利用南极一立方千米的纯净、超级半透明冰作为望远镜“视窗”或粒子探测器,搜索来自宇宙深空的目前已知最小粒子——中微子(观看关于IceCube的电影和动画以了解其工作原理: http://gallery.icecube.wisc.edu/external/main.php?g2_view=core.DownloadItem&g2_itemId=1107)。中微子是一种不带电荷的亚原子粒子,于放射性元素和基本粒子衰变时产生。中微子以接近光速的速度运动,非常微小,穿过固体物质时通常不会与原子发生碰撞。但是,一旦中微子与原子发生碰撞,就会放射出微弱的能量,这种能量可以帮助我们检测这些亚原子粒子的存在和方向。

  IceCube将搜索最剧烈天体物理事件所产生的中微子,例如恒星爆炸、伽玛射线暴以及有关黑洞和中子星的剧变现象等。IceCube望远镜是搜索暗物质的强大工具,可能会揭示一些与自然界最高能量粒子的神秘起源有关的新物理过程。

  通过在南极冰层中装配仪器,IceCube构成世界上最大的冰水探测体。穿过冰层的中微子与原子碰撞时会产生蓝光,IceCube的数字光学模块(DOM)能够检测到这种蓝光。

  ADI公司的数据转换器和放大器被安装在5,000多个DOM中。这些DOM是直径为13英寸的玻璃制球形压力容器,连有电缆,分布于深1.5千米至2.5千米的冰层之下。在未来25年里,这些埋入冰层中的DOM将检测并传输有关粒子碰撞的实验数据。“我们需要能够满足项目工作年限要求的低功耗可靠产品,特别是对于DOM的主板。劳伦斯-柏克莱国家实验室(LBNL)和威斯康辛大学麦迪逊分校的设计团队选用的ADI公司数据转换器和放大器符合我们的需要和要求。”LBNL设计工程师Jerry Przyblski说:“我们在DOM和通信系统中使用了ADI公司的产品,如ADC(模数转换器)、DAC(数模转换器) 和放大器等。到目前为止,IceCube的科学家们已经收集到相当于DOM工作数千年的数据。”

  IceCube地下望远镜的建造工作将于2011年完成。美国国家科学基金会委托威斯康辛大学牵头负责IceCube的建造。该项目是一个国际合作项目,参加方还包括比利时、德国、荷兰、瑞士、日本、英国、新西兰和瑞典。

  在冰层中安装DOM

  为了安装DOM,首先用每分钟射出200加仑、1,000psi、190华氏度热水的水钻在南极冰层中融化1千米至2千米深的冰孔。凿开冰孔后,将串有60个中微子探测DOM的电缆放入200,000加仑的融冰中。这些冰会在约24小时内重新凝固,将DOM及ADI公司的转换器和放大器包裹起来,其温度在-20℃至-30℃之间。最后7个冰孔将于明年完成,总共有86个冰孔,每个冰孔中安装60个DOM。

关键字:数据转换  放大  望远镜  能量  探测

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2010/0706/article_2371.html
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