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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-75590
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2015/7559/


Exploring cosmic ray origins with ground-based EAS arrays Tunka and HiSCORE

Erkundung der kosmischen Strahlung Ursprünge mit bodenbasierten EAS-Arrays Tunka und HiSCORE

Epimakhov, Sergey

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SWD-Schlagwörter: cosmic rays , gamma rays
Basisklassifikation: 33.05
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Horns, Dieter (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 24.09.2015
Erstellungsjahr: 2015
Publikationsdatum: 09.10.2015
Kurzfassung auf Englisch: The main properties of cosmic radiation over the last hundred years have been studied with good accuracy and are not in doubt: cosmic rays are nuclei of almost all elements of the periodic table with a small fraction of other particles coming from the outer space at Earth with the non-thermal energy spectrum from 10^6 to 10^20 eV. However, the source of cosmic rays still remains unknown. To examine the question of the origin of cosmic rays neutral particles are perfectly suited as messengers. Thereby the gamma ray sky in the range above 10 - 100TeV is of great interest. Hypothetical galactic accelerators, pevatrons, must have gamma ray spectra up to these energies.

A new non-imaging wide-angle Cherenkov experiment HiSCORE is aimed at searching the ultra-high energy gamma rays above 30 TeV and measuring the primary spectrum and mass composition of cosmic rays above 100 TeV with a unprecedented accuracy. In autumn 2013, a first 9-station engineering array has been deployed at the site of the existing Cherenkov experiment Tunka-133 in Russia.

In this thesis, a summary of basic reconstruction techniques used in the Tunka experiment to date is given. The recent results has been achieved in the all-particle spectrum reconstruction and the mass composition analysis of cosmic rays in the PeV range is shown.
The first data of HiSCORE-9 have been analysed and the array performance has been studied. The results were complemented with Monte Carlo simulations and the instrument potential for the detection of gamma rays has been investigated.

A new fast code CHERRY to simulate Cherenkov light in the atmosphere from cosmic rays and gamma rays above 10 TeV has been developed. Preliminary results of the Tunka-133 performance obtained with this program are discussed.
Kurzfassung auf Deutsch: Die Hauptbestandteile der kosmischen Strahlung wurden in den letzten hundert Jahren mit einer guten Genauigkeit erforscht und somit besteht kein Zweifel: Kosmische Strahlung, die die Erde erreicht, besteht aus den Kernen fast aller Elemente des Periodensystems und einem kleinen Teil anderer Teilchen in einem nicht-thermischen Energiespektrum von 10^6 eV bis 10^20 eV. Ihr Ursprung bleibt aber weiterhin unbekannt. Um eine Antwort auf die Frage nach dem Ursprung der kosmischen Strahlung zu finden, sind neutrale Teilchen perfekt als Boten geeignet. Von besonderem Interesse ist der Gammastrahlenhimmel ab Energien über 1014 eV (100TeV). Hypothetische galaktische Beschleuniger, so genannte Pevatrone, müssten nämlich Gammastrahlungsspektren bis zu diesen Energien besitzen.

Das neue nichtabbildendeWeitwinkel-Cherenkovlichtexperiment HiSCORE richtet sich mit einer nie dagewesenen Präzision auf die Erforschung von ultrahochenergetischer Gammastrahlung über 30
TeV und des Primärspektrums sowie der Massenzusammensetzung kosmischer Strahlung über 100 TeV. Im Herbst 2013 wurde das erste Versuchsdetektorfeld mit neun Stationen (HiSCORE-9) auf dem Gelände des bereits existierenden Cherenkovlichtexperimentes Tunka-133 in Russlandgebaut.

In dieser Arbeit wird eine grundlegende Zusammenfassung der aktuellen Schauerrekonstruktionsmethode des Tunka-Experiments gegeben. Die erlangten Ergebnisse umfassen die Rekonstruktion eines Gesamtteilchenspektrums und die Analyse der Massenzusammensetzung der kosmischen Strahlung im PeV-Energiebereich.

Die ersten Daten von HiSCORE-9 wurden analysiert und mittels der Schachbrettmethode die Leistung des Detektorfeldes untersucht. Dies wurde mit Monte-Carlo-Simulationen ergänzt und die Möglichkeiten zum Detektieren von Gammastrahlung wurden erforscht.

Ein neuer und schneller Code CHERRY zur Simulation des Cherenkovlichtes, das in der Atmosphäre durch kosmische Strahlung und Gammastrahlung oberhalb von 10TeV erzeugt wird, wurde entwickelt. Vorläufige Ergebnisse zur Detektorleistung von Tunka-133, die mit diesem Programm erhalten wurden, werden diskutiert.

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