WIDE ANGLE LARGE REFRACTIVE OPTICS FOR ASTROPHYSICAL OBSERVATIONS: DESIGN AND TESTING OF FRESNEL LENSES

ZUCCARO, ALESSANDRO

WIDE ANGLE LARGE REFRACTIVE OPTICS FOR ASTROPHYSICAL OBSERVATIONS: DESIGN AND TESTING OF FRESNEL LENSES

ZUCCARO, ALESSANDRO

2003-04-08

http://thesis2.sba.units.it/store/handle/item/12790

http://hdl.handle.net/10077/11530

Doctoral Thesis

Contributor(s)

MATTEUCCI, MARIA FRANCESCA

•

GREGORIO, ANNA

Abstract

Lo sviluppo di una missione di nuova generazione nel campo di ricerca dei raggi cosmici ad alta energia (E> 1019 eV), nominata EUSO ("Extreme Universe Space Observatory"), richiede molte innovazioni nei vari settori che costituiscono la missione stessa. Con questo esperimento si punta a ricavare una migliore statistica sui raggi cosmici di tali energie per almeno un ordine di grandezza rispetto a quanto ottenuto dagli esistenti e futuri osservatori a terra. Poiché a queste energie il flusso di raggi cosmici è stimato essere di circa l particella/l 00 km2/anno, con i dati raccolti finora è ancora impossibile convalidare le teorie che cercano di dare una spiegazione del contrasto apparente con il cut-off GZK. In particolare, alcune ipotesi spiegano la presenza dei raggi cosmici di energie superiori alla soglia GZK con l'esistenza di alcune sorgenti che permettono meccanismi di accelerazioni estreme . (teorie 'bottom-up'), mentre altre coinvolgono processi di produzione di tali particelle tipo 'top-down'. Anche neutrini cosmici di energie elevate possono essere coinvolti, e con la missione EUSO sarà possibile distinguere i loro effetti nell'atmosfera dal comportamento di altri primari, come i protoni. Inoltre, con questa missione anche la fisica dei neutrini T potrà essere approfondita. La rivelazione di tali raggi cosmici avviene tramite la loro interazione con atomi e molecole atmosferiche, producendo uno sciame di secondari chiamati 'Estensive Air Showers', i quali producono luce di fluorescenza e Cherenkov. Questa tesi riguarda lo sviluppo e l'analisi del sottosistema ottico della missione EUSO. Lenti caratterizzate da una struttura di Fresnel sono il fondamento per tutte le configurazioni proposte, data la loro leggerezza e il minor assorbimento rispetto alle lenti classiche. In particolare, sono stati creati molti disegni con l'utilizzo del software di raytracing CODE V. Sia casi monocromatici che policromatici (all'interno dell'intervallo spettrale considerato, sito nel vicino UV) sono stati studiati, e ciascuna configurazione utilizza uno dei quattro materiali che sono proposti per costruire le ottiche. Tutte le performance sono presentate e confrontate. In o l tre, l'idea di ridurre le aberrazioni con l'aggiunta di nuovi gradi di libertà nel disegno, tramite segmentazione e/o l'introduzione di reticoli di diffrazione sopra le superfici di Fresnel, è stata sfruttata. I relativi risultati sono proposti: essi mostrano un notevole miglioramento rispetto alla configurazione standard basata solo sul principio di rifrazione. Viene presentato anche il testing di un prototipo in scala l :6 chiamato cEUSO, in modo da fornire una prova di fattibilità di un così complesso e compatto sistema ottico. I test ottici riguardano analisi di qualità dell'immagine e di risoluzione, nonché di illumination falloff. Anche alcune analisi radiometriche sono state effettuate, per una valutazione della perdita di luce dovuta a scattering e alla trasmissibilità del materiale in questione.