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The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) is a cosmic ray detector operating aboard the International Space Station (ISS) since May 2011. The identification of cosmic ray deuterium and hydrogen particles is the main goal of this work. Using the data collected by the AMS-02 experiment between May 2011 and May 2014 we provide the measurement of the 2H to the 1H ratio between 0.7 and 7 GeV/n. Cosmic rays are mainly composed of hydrogen nuclei. No significant amount of deuterium nuclei is expected to be released from galactic sources since they are destroyed rather than formed in thermonuclear reactions inside stars. As a consequence of their production history, they are part of a class of secondary stable nuclei that provide information on the propagation of cosmic rays in the galaxy. Despite their relevance for propagation studies, very few measurements of deuterium exist above 1 GeV/n, due to the poor isotopic separation capacity of previous experiments. For this reason, the deuterium to hydrogen flux ratio is a very important measurement to be carried out using the data collected by the AMS-02 experiment. The mass and the isotopic composition of cosmic-rays nuclei can be measured by the AMS-02 experiment using measurements of the momentum (provided by the tracker) and velocity of the particles (provided by the Time-of-Flight and the RICH). This analysis is one of the first to be focused on hydrogen isotopic composition with AMS-02 data, and our results are in fair agreement with a similar and independent analysis that has been carried out within the Collaboration. / O Espectômetro Magnético Alpha (AMS-02) é um detetor de raios cósmicos operando na Estação Espacial Internacional (ISS) desde maio de 2011. O principal objetivo deste trabalho é a identificação de deutério e hidrogênio nos raios cósmicos. Usando dados coletados pelo experimento AMS-02 entre maio de 2011 e maio de 2014 foi medida a razão entre os fluxos de 2H e 1H entre 0.7 e 7 GeV/n. Raios cósmicos são compostos, principalmente, por núcleos de hidrogênio. Não é esperado que fontes galácticas de raios cósmicos liberem uma quantidade significativa de núcleos de deutério, já que eles são destruidos, em vez de formados, nas reações termonucleares no interior de estrelas. Assim, eles fazem parte de uma classe de partículas secundárias estáveis que fornecem informações acerca da propagação de raios cósmicos na galáxia. Apesar da relevância para o estudo da propagação de raios cósmicos, poucas medidas da sua quantidade acima de 1 GeV/n existem, devido à baixa capacidade de separação de isótopos de prévios experimentos. Por isso a razão entre os fluxos de deutério e hidrogênio é uma importante medida a ser feita com os dados do AMS-02. A massa, e portanto a composição isotópica dos raios cósmicos, pode ser medida pelo AMS-02 a partir das medições de momento (realizada pelo tracker) e velocidade (realizadas pelo ToF e RICH). Essa análise é uma das primeiras a focar na composição isotópica do hidrogênio com dados do AMS-02, e os resultados estão razoavelmente em acordo com análises independendes semelhantes realizadas na colaboração AMS.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-06-22T13:47:28Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-06-22T13:47:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) is a cosmic ray detector operating aboard the International Space Station (ISS) since May 2011. The identification of cosmic ray deuterium and hydrogen particles is the main goal of this work. Using the data collected by the AMS-02 experiment between May 2011 and May 2014 we provide the measurement of the 2H to the 1H ratio between 0.7 and 7 GeV/n. Cosmic rays are mainly composed of hydrogen nuclei. No significant amount of deuterium nuclei is expected to be released from galactic sources since they are destroyed rather than formed in thermonuclear reactions inside stars. As a consequence of their production history, they are part of a class of secondary stable nuclei that provide information on the propagation of cosmic rays in the galaxy. Despite their relevance for propagation studies, very few measurements of deuterium exist above 1 GeV/n, due to the poor isotopic separation capacity of previous experiments. For this reason, the deuterium to hydrogen flux ratio is a very important measurement to be carried out using the data collected by the AMS-02 experiment. The mass and the isotopic composition of cosmic-rays nuclei can be measured by the AMS-02 experiment using measurements of the momentum (provided by the tracker) and velocity of the particles (provided by the Time-of-Flight and the RICH). This analysis is one of the first to be focused on hydrogen isotopic composition with AMS-02 data, and our results are in fair agreement with a similar and independent analysis that has been carried out within the Collaboration. / O Espectômetro Magnético Alpha (AMS-02) é um detetor de raios cósmicos operando na Estação Espacial Internacional (ISS) desde maio de 2011. O principal objetivo deste trabalho é a identificação de deutério e hidrogênio nos raios cósmicos. Usando dados coletados pelo experimento AMS-02 entre maio de 2011 e maio de 2014 foi medida a razão entre os fluxos de 2H e 1H entre 0.7 e 7 GeV/n. Raios cósmicos são compostos, principalmente, por núcleos de hidrogênio. Não é esperado que fontes galácticas de raios cósmicos liberem uma quantidade significativa de núcleos de deutério, já que eles são destruidos, em vez de formados, nas reações termonucleares no interior de estrelas. Assim, eles fazem parte de uma classe de partículas secundárias estáveis que fornecem informações acerca da propagação de raios cósmicos na galáxia. Apesar da relevância para o estudo da propagação de raios cósmicos, poucas medidas da sua quantidade acima de 1 GeV/n existem, devido à baixa capacidade de separação de isótopos de prévios experimentos. Por isso a razão entre os fluxos de deutério e hidrogênio é uma importante medida a ser feita com os dados do AMS-02. A massa, e portanto a composição isotópica dos raios cósmicos, pode ser medida pelo AMS-02 a partir das medições de momento (realizada pelo tracker) e velocidade (realizadas pelo ToF e RICH). Essa análise é uma das primeiras a focar na composição isotópica do hidrogênio com dados do AMS-02, e os resultados estão razoavelmente em acordo com análises independendes semelhantes realizadas na colaboração AMS.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-06-22T13:47:28Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-06-22T13:47:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foram determinadas as concentrações dos radionuclídeos naturais 226Ra, 232Th e 40K em amostras de granitos e mármores, abrangendo as principais lavras de extração do estado do Espírito Santo, sudeste do Brasil. Para cada sítio de estudo, três amostras foram seladas em frascos de 100 ml de polietileno de alta densidade. Após espera de aproximadamente 4 semanas para atingir o equilíbrio secular das séries do 238U e 232Th, as amostras foram medidas por espectrometria gama de alta resolução e o espectro analisado com o software WinnerGamma. A correção da auto-absorção foi realizada para todas as amostras utilizando expressão e método desenvolvidos para este fim. A concentração do 226Ra foi determinada pela média ponderada das concentrações do 214Pb e 214Bi, a concentração de 232Th pela média ponderada das concentrações dos 228Ac, 212Pb e 212Bi e a concentração de 40K pela sua transição única de 1460 keV. O equivalente em rádio e o índice gama foram obtidos a partir das concentrações de 226Ra, 232Th e 40K. O radônio emanado foi medido em câmera de exalação usando a técnica de detectores passivos de estado sólido (SSNTD) sendo estes expostos em monitor NRPB/SSI-H. Na exposição foi utilizado um detector comercial CR-39® e um plástico de fabricação nacional denominado Durolon® sendo caracterizado para este fim pela técnica desenvolvida denominada dupla exposição e fator de sensibilidade intrínseca. O plástico caracterizado mostrou-se eficiente para a aplicação e o fator de calibração correspondendo a 1,6±0,1 traços cm²(kBq m³dia)¹ em relação ao fator para o CR-39 que equivale a 2,8±0,2 traços cm²(kBq m³dia)¹. O detector mostrou maior eficiência para doses mais elevadas. A atividade determinada por detecção passiva mostrou atividades variando de 100±10 Bq·m³ até 2400±300 Bq·m³, destacando-se a maior taxa de exalação para o granito Iberê Mombasa. Para os mármores foram determinados valores variando entre 80±10 Bq·m³ até 200±25 Bq·m³ destacando os mármores Cintilante e Branco com maiores valores determinados. Os valores determinados para a taxa de exalação superficial apresentam-se aproximadamente iguais com exceção dos granitos Iberê Mombasa e Iberê Prado que apresentaram valores acima de 1 Bqm-2h-1. As medidas por espectrometria gama mostraram que as concentrações de 226Ra variaram de 1,9 0,2 Bq.kg-1 a 483 55 Bq.kg-1, com o maior valor para o granito Iberê Mombasa. As concentrações de 232Th variaram de 3,2 0,4 Bq.kg-1 a 224 6 Bq.kg-1, com o maior valor determinado para o granito Cinza Corumbá. As concentrações de 40K variaram de 8,8 1,8 Bq.kg-1 a 1642 167 Bq.kg-1, com o maior valor determinado para o granito Iberê Vitara. O cálculo do equivalente em rádio mostrou que a maioria das amostras podem ser definidas como categoria-I (aplicação civil) abaixo de 370 Bq.kg-1, exceto para os granitos Cinza Corumbá, Iberê Crema Bordeaux e Iberê Mombasa que podem ser classificados como categoria II (até 740 Bq.kg-1). A maioria dos granitos avaliados mostraram índices de exposição interno e externos abaixo de 1,0 mSv·ano¹, exceto os granitos Cinza Corumbá, Iberê Crema Bordeaux e Iberê Mombasa que superaram este valor entre 1,0 a 3,2 mSv·ano¹ deste índice. Para a exposição anual, apenas os granitos Cinza Corumbá, Iberê Crema Bordeaux e Iberê Mombasa superaram o limite de 1,5 mSv·ano¹. Para os índices de exposição alfa apenas os granito Iberê Crema Bordeaux e Iberê Mombasa são limitados a confecção de material de construção para aplicações superficiais. Entretanto, se considerando o índice de exposição gama, os granitos Cinza Corumbá, Cinza Andorinha, Amarelo Icarai, Cinza Ocre, Iberê Crema Bordeaux e Iberê Mombasa terão aplicação controlada. Conclui-se que os granitos em sua maioria e todos os mármores avaliados apresentam aplicações possíveis em diferentes setores de atividade e para diferentes finalidades e que os granitos que excedem os índices não devam ser aplicados em interiores de residências. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Les micro-bolomètres non-refroidis bénéficient de développements technologiques récents qui se traduisent par des matrices de plus en plus grandes (1024*768 pixels), pour des pixels de plus en plus petits (17 µm) et de plus en plus sensibles bien que non-refroidis (NETD<60 mK @300 K). L'objectif de cette thèse est d'étudier les détecteurs micro-bolométriques non-refroidis afin de tester leurs capacités en imagerie et en spectroscopie en vue de leur utilisation dans le cadre d'une mission spatiale vers les petits corps du système solaire, dont en particulier la mission Marco Polo R. J'ai étudié le fonctionnement de ces détecteurs en prenant pour exemple le détecteur Nano640Etm de la société Ulis, représentatif de la technologie des micro-bolomètres non-refroidis disponible actuellement. J'ai mesuré la stabilité dans le temps de son signal, l'homogénéité de la matrice du détecteur, et l'influence de différents paramètres de fonctionnement (température du plan focal, temps d'intégration des pixels, gain). La réponse du détecteur est linéaire en fonction de la température de scène à la puissance 4. Les résultats de cette caractérisation m'ont permis de mesurer le NETD du détecteur dans le cadre de cette expérience. J'ai ensuite testé les capacités du détecteur Nano640Etm en imagerie radiométrique calibrée afin d'estimer les erreurs maximales de calibration pour un, deux, ou trois points de calibration placés différemment dans la gamme de température observée / The recent progress of the uncooled micro-bolometer technology has lead to larger detector matrices (1024*768 pixels), with smaller pixel sizes (17 µm) and a higher sensitivity although it is an uncooled technology (NETD<60 mK @300 K). The objective of this thesis is to study uncooled micro-bolometer detectors in order to assess their performance for imagery and spectroscopy within the framework of a space mission towards small bodies of the solar system, including the Marco Polo R mission. I have studied these detectors through the example of the Nano640Etm detector of the Ulis society, which represents well the currently available uncooled micro-bolometer technology. I have measured its signal stability through time, the detector's matrix homogeneity, and the influence of various operating parameters (focal plane temperature, integration time of the pixels, gain). The detector's response is linear as a function of the scene temperature to the power of 4. The results of this characterization allowed me to measure the detector's NETD within this experiment. Then, I tested the Nano640Etm detector's ability to perform calibrated radiometric images in order to estimate the maximum calibration error for one, two, or three calibration points chosen differently within the observed temperature range. Lastly, I assessed the detector's performances for dispersive spectroscopic measurements, using its signal to noise ratio, as a function of the observation wavelength, the scene temperature, and the spectral resolution. The results of these tests are very positive.

Recentemente, o Observatório Pierre Auger tem medido espectro de energia de Raios Cósmicos Ultra Energéticos (Ultra High Energy Cosmic Rays - UHECR) (E &gt; 1019 eV) com grande acurácia. No entanto, o estudo de raios cósmicos ultra energéticos na Terra tem uma forte dependência do estudo de sua propagação no Universo. Neste trabalho, abordamos o estudo da propagação de raios cósmicos em diferentes aspectos. Núcleos em alta energia interagem com os campos de radiação no caminho da fonte à Terra. A interação mais importante é a fotodesintegração. Na primeira parte, implementamos de maneira analítica e numérica a solução da razão de fotodesintegração e fizemos uso da solução numérica em um programa de Monte Carlo. Mostramos soluções baseadas na parametrização das seções de choque por uma função Gaussiana e por uma função Lorenztiana. Comparamos nossos resultados com trabalhos prévios da literatura. O seguinte estudo mostrou que sob a hipótese de propagação quase-linear e utilizando várias distribuições de fontes no céu, a latitude do observatório: tem influência no fluxo total medido por um observatório; impõe um limite na capacidade de medida de anisotropia e tem um efeito negligenciável na medida do XMax. No terceiro estudo, um limite superior na integral do fluxo de raios gama em GeV-TeV é usado para obter um limite superior na luminosidade total de UHECR de fontes individuais. A correlação entre o limite superior na integral do fluxo de raios gama e o limite superior na luminosidade total de UHECR é estabelecida através do processo de cascatas de partículas geradas durante a propagação de raios cósmicos nos campos de radiação. / Recently, the Pierre Auger Observatory has measured the energy spectrum of Ultra High Energy Cosmic Rays (UHECR) (E &gt; 1019 eV) with an unprecedented accuracy. However, the study of ultra-high energy cosmic rays at Earth depends on the models used to describe the propagation of the particle in the Universe. In this work, we present a study of propagation of cosmic rays on different aspects. Nucleus at this high energy interacts with the radiation fields on the way from the source to Earth. The most important interaction is the photodisintegration. In the first part, we implemented analytical, numerical and Monte Carlo simulation solutions for the photodisintegration rate. We show solutions based on parameterizations of the cross-section using Gaussian and Lorenztian functions. We compare our results with previous works. The following study shows that under the assumption of quasi-linear propagation and using several sources distributions of sky, the latitude of the observatory: has influence on the total flux measured by an observatory; imposes a limitation on the capability of measuring an anisotropic sky and has a negligible efect on the Xmax measurement. In the thirdy study, an upper limit on the integral flux of GeV-TeV gamma-rays is used to extract the upper limit on the total UHECR luminosity of individual sources. The correlation between upper limit on the integral GeV-TeV gamma-rays flux and upper limit on the UHECR luminosity is established through the cascading process that takes place during propagation of the cosmic-rays in the background radiation fields.

This work presents the measurement of the deuterium flux, and the deuterium-to-hydrogen flux ratio from 0.6 to 10 GeV/n, using data collected between May 2011 and May 2015 by the Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), a cosmic ray detector operating aboard the International Space Station (ISS) since May 2011. The isotope separation is performed by combining the measurements performed by the AMS-02 sub-detectors. In particular, the mass measurement is carried out by taking advantage of the precise momentum measurement provided by the silicon tracker and by the velocity measurement provided by the Cherenkov detector. The event counting method is performed using reference spectra of simulated signal and background events, where the agreement between data and Monte Carlo has been carefully checked and eventual differences have been mitigate by means of corrections based on the comparison between the resolution of the velocity and momentum as obtained from data and simulated vents. Production mechanisms, acceleration and propagation of cosmic rays are not completely clear, therefore precise measurements of the flux and composition of these particles may help to understand these phenomena. In the conventional model, supernova remnants are the sources of cosmic rays in the GeV to TeV energy range. The so called primaries, such as 1H, 4He, e- and C are believed to be produced and accelerated at the sources, while secondaries, such as e+, 2H, 3He and B originate from the collisions of primary cosmic rays with the interstellar medium. Hence, secondaries carry information about the propagation of cosmic rays in the galaxy, and, the measurement of their flux is used to constrain the parameters of cosmic ray propagation models; in particular, studying secondary-to-primary ratios is useful as it factors out the unknown source spectrum of the progenitor. One of such commonly studied ratios is the B/C ratio, but other ratios, such as 2H/1H and 3He/4He, can be used to probe a different A/Z regime and test the universality of the propagation mechanisms. / Este trabalho apresenta a medida do fluxo de deutério e da razão deutério sobre hidrogênio nos raios cósmicos, de 0.6 até 10 GeV/n, utilizando dados coletados entre maio de 2011 e maio de 2015 pelo Espectrômetro Magnético Alfa (AMS-02), um detecto de raios cósmicos instalado na Estação Espacial Internacional desde maio de 2011. A separação dos isótopos é feita através da combinação de medidas feitas pelos subdetectores do AMS-02. Em particular, a medida da massa é feita utilizando as medidas do momento fornecidas pelo tracker de silício e a velocidade medida pelo detector Cherenkov. A contagem de eventos é feita através da utilização de espectros de referência obtidos a partir de simulações de eventos de sinal e fundo, os quais foram utilizados para checar a concordância entre dados e simulações de Monte Carlo, corrigindo eventuais diferenças através de correções baseadas em comparações das resoluções de velocidade e momento obtidas nos dados e em simulações. Mecanismos de produção, aceleração e propagação dos raios cósmicos partículas não são completamente claros, portanto medidas precisas dos fluxos e composição dessas partículas podem auxiliar na compreensão desses fenômenos. Remanescentes de supernovas são as fontes de raios cósmicos com energias entre GeV e TeV. Acredita-se que os chamados raios cósmicos primários, tais como 1H, 4He, e- e C são produzidos e acelerados nas fontes, enquanto os secundários, tais como e+, 2H, 3He e B, têm origem na colisão dos raios cósmicos primários com o meio interestelar. Portanto, os secundários carregam informação sobre a propagação dos raios cósmicos na galáxia, sendo as medidas dos seus fluxos utilizada para restringir os parâmetros de modelos de propagação de raios cósmicos; em particular, estudar a razão entre secundários e primários é útil pois remove o desconhecido espectro da fonte da espécie progenitora. Uma das razões comumente utilizadas é B/C, mas outras, tais como 2H/1H e 3He/4He podem ser utilizadas para estudar outro regime de A/Z e testar a universalidade dos mecanismos de propagação.

Orientador: José Augusto Chinellato / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-03T07:30:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Perassa_EderArnedo_D.pdf: 3556275 bytes, checksum: c4e6180df4a4a5dcbfe476b7d331bee4 (MD5) Previous issue date: 2017 / Resumo: Neste trabalho, estudamos os métodos de estatística bayesiana e máxima entropia na análise de dados em eventos de raios cósmicos. Inicialmente, fizemos um resumo sobre o desenvolvimento da física de raios cósmicos em que descrevemos alguns resultados teóricos e experimentais recentes. A seguir, apresentamos uma breve revisão do método bayesiano e o aplicamos na determinação da composição em massa dos primários em eventos de raios cósmicos. Além disso, introduzimos o método de máxima entropia e propomos um método de parametrização do perfil longitudinal de chuveiros atmosféricos extensos. Em todas as aplicações, foram mostrados os algoritmos desenvolvidos e os resultados obtidos a partir de dados de eventos simulados. Os resultados indicaram que tais métodos podem ser utilizados satisfatoriamente como ferramentas na análise de dados em eventos de raios cósmicos / Abstract: In this work, we study bayesian statistics and maximum entropy methods in cosmic ray events data analysis. At first, we summarized developments in cosmic rays physics, describing some recent theoretical and experimental results. We present briefly a review of bayesian method and apply it to the problem of determining mass composition primary cosmic ray events. Moreover, we introduce the maximum entropy method and propose a method for the parametrization of the longitudinal profile of extensive air showers. In all applications, the algorithms developed and the results obtained from simulated event data were shown. The results suggested that such methods can be satisfactorily used as tools in cosmic rays events data analysis / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 277612/2007 / CAPES

We have released maps and data for five years of observation of the cosmic microwave background with the Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) and I will review the main results in this talk. A simple 6 parameter cosmological model continues to be an excellent fit to the CMB data and to our data in conjunction with other astrophysical measurements. In particular a running spectral index is not supported by the data, and constraints that the Universe is spatially flat have increased in precision. Increased sensitivity and improvements in our understanding of the instrumental beam shape have allowed us to measure for the first time a cosmic neutrino background. Neutrinos de-coupled from other matter earlier than photons did. While they are expected to have a 2 Kelvin thermal distribution today, they comprised 10% of the energy density of the Universe at the epoch of photon de-coupling. The data also allow tighter constraints on the shape of the inflationary potential via the amplitude of a gravitational wave background new constraints on features of cosmic axions. Recorded at TRIUMF on Thursday April 17, 2008.