Ανίχνευση και μελέτη εκτεταμένων ατμοσφαιρικών καταιονισμών με τη χρήση καινοτόμων ανιχνευτών και αλγορίθμων

Η παρούσα διατριβή αναφέρεται στην εγκατάσταση και λειτουργία του κατανεμημένου τηλεσκοπίου ανίχνευσης κοσμικών ακτίνων HELYCON, το οποίο βρίσκεται στις εγκαταστάσεις του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου στην Πάτρα. Η ανίχνευση των κοσμικών ακτίνων έγινε με υβριδικό τρόπο, μέσω ανίχνευσης των δευτερευόντων σωματιδίων των Εκτεταμένων Ατμοσφαιρικών Καταιονισμών με χρήση ανιχνευτών σπινθηρισμού και μέσω ανίχνευσης της ραδιοκυματικής εκπομπής της ηλεκτρομαγνητικής συνιστώσας του καταιονισμού με χρήση κεραιών. Πριν την εγκατάσταση του τηλεσκοπίου αναπτύχθηκαν μέθοδοι, τεχνικές και οργανολογία προκειμένου να μελετηθούν τα χαρακτηριστικά λειτουργίας και να βαθμονομηθούν οι ανιχνευτικές διατάξεις. Για την ορθή παραμετροποίηση των χαρακτηριστικών λειτουργιάς, της βαθμονόμησης αλλά και για την επιβεβαίωση της ορθής λειτουργίας του τηλεσκοπίου, εκτελέστηκε μεγάλης κλίμακας προσομοίωση για την εξέλιξη των καταιονισμών στην ατμόσφαιρα με χρήση του λογισμικού Corsika και για την απόκριση των ανιχνευτικών διατάξεων με χρήση του λογισμικού HOURS. Η εγκατάσταση του τηλεσκοπίου αφορά 3 αυτόνομους ανιχνευτικούς σταθμούς, με τον κάθε έναν από αυτούς να αποτελείται από 3 ανιχνευτές σπινθηρισμού σε τριγωνική διάταξη και μία κεραία ανίχνευσης ραδιοκυμάτων στο μέσο του κάθε σταθμού. Η λήψη των πειραματικών δεδομένων των ανιχνευτών σπινθηρισμού βασίζεται στην τεχνική της μέτρησης του χρόνου πάνω από το κατώφλι (Time over Threshold – ToT), απαιτώντας τριπλή σύμπτωση μεταξύ των ανιχνευτών του σταθμού, ενώ παράλληλα παράγεται σήμα εξωτερικού σκανδαλισμού για την κεραία του σταθμού. Για να επαληθευθεί η πιστότητα των μεθόδων προσομοίωσης που αναπτύχθηκαν όσον αφορά στην περιγραφή φυσικών διαδικασιών και λειτουργικών χαρακτηριστικών, αλλά και για να αναπτυχθούν μέθοδοι εκτίμησης των φυσικών χαρακτηριστικών των καταιονισμών χρησιμοποιώντας αποκλειστικά την πληροφορία χρονισμού που καταγράφεται από το σύστημα ψηφιοποίησης, έγινε συλλογή δεδομένων υπό ειδικές συνθήκες. Η επεξεργασία του σήματος των ανιχνευτών σπινθηρισμού με χρήση τεχνικών στατιστικής ανάλυσης και σε συνδυασμό με την προσομοίωση, συντέλεσαν σε χρονισμό σήματος μεγάλης ακρίβειας που συνέβαλε στην εκτίμηση των φυσικών χαρακτηριστικών των καταιονισμών. Στο ραδιοκυματικό σήμα εφαρμόσθηκε μέθοδος σύγκρισης των χαρακτηριστικών του με πρότυπα της ραδιοκυματικής εκπομπής και επιβεβαιώθηκε η προέλευση του από τον κοσμικό καταιονισμό σε αντίξοες συνθήκες λειτουργίας λόγο του τεράστιου ανθρωπογενούς υποβάθρου θορύβου.