Módulo de Alojamiento para Observatorio de Rayos Cósmicos Antártico (MAzORCA)

Abstract

Este Trabajo Final de Máster (TFM) titulado Módulo de Alojamiento para Observatorio de Rayos Cósmicos Antártico (MAzORCA) se enmarca dentro del desarrollo del proyecto Observatorio de Rayos Cósmicos Antártico (ORCA) con referencia CTM2016-773255-C2-1-P, llevado a cabo por miembros del Grupo de Investigación del Espacio, también conocido como Space Research Group (SRG), integrado por miembros de los departamentos de Automática y de Física y Matemáticas de la Universidad de Alcalá (UAH). Este proyecto tiene como objetivo principal diseñar y construir un detector de rayos cósmicos, el cual se encargará de medir flujo de neutrones, muones, electrones y gammas generados por la interacción de los rayos cósmicos en su paso por la atmósfera. Este detector será transportado desde la península ibérica hasta la isla Livingston, situada en el norte de la Antártida, permitiendo realizar una observación latitudinal del flujo de rayos cósmicos durante el traslado del detector hasta instalarlo en la base Juan Carlos I (JCI) como observatorio de rayos cósmicos. Las medidas obtenidas por ORCA servirán para comprobar los modelos sobre propagación de rayos cósmicos primarios y secundarios a través de la atmósfera, estudiar la actividad solar por medio de la variación del flujo de neutrones y muones junto con la información de dirección de incidencia de muones. ORCA será alojado en un contenedor de transporte marítimo de 20 pies. El objetivo de este TFM es modificar este contenedor para satisfacer todas las necesidades requeridas y conseguir un funcionamiento óptimo del sistema de detectores. En primer lugar, se diseña la estructura de carga de los detectores, los cuales presentan una masa total de unos 6.000 kg, que será incorporada al contenedor y cumplirá la función de soportar y asegurar los dispositivos durante los movimientos y oscilaciones que tendrán lugar en su transporte, tanto por vía terrestre como marítima. Por otro lado, se diseña un aislamiento térmico que permite reducir el intercambio de energía térmica entre el contenedor su entorno, y se selecciona un equipo de climatización destinado a cubrir las pérdidas, con la finalidad de conseguir un control térmico en el interior del contenedor, ya que los detectores deben operar a una temperatura constante. Por último, se realiza un estudio del consumo esperados durante el funcionamiento de ORCA y se calcula la contribución de una instalación de generación fotovoltaica.

The following document is included as part of the Antartic Cosmic Ray Observatory project (ORCA), carried out by members of the Space Research Group (SRG) of the Universidad de Alcalá (UAH). This project has as main goal to design and install a Cosmic Ray detector. This detector will be able to measure secondary cosmic rays, providing information about particles such as their type (neutrons, muons, electrons and gammas) and primary cosmic ray energies. This detector will travel from Spain to Livingston Island, located in the northern Antartica. This allows to perform a latitudinal survey of cosmic ray flux along the travel from Spain to Juan Carlos I Spanish Antarctic Base (JCI), and finally, to install it as a cosmic ray observatory. ORCA will allow to investigate the solar activity by measuring the muon and neutron fluxes and their incoming direction, to check propagation models for cosmic rays through the magnetosphere and atmosphere. ORCA will be housed in a standard 20 ft shipping container. This container will be modified in order to obtain an optimal operation of the detector’s system. Firstly, a structure to support the detector’s weight is designed. This structure will be placed in the container and will hold the devices, even while the travelling oscilations occur. On the other hand, thermal insulation is calculated to reduce the exchanged heat between the container and the enviroment. An air conditioner is selected to cover the thermal losses, in order to achieve a thermal control inside the container, allowing the detectors to operate with a constant temperature. Finally, a study of expected power consumption during the operation of ORCA and the contribution of a photovoltaic installation are carried out.