Optimization of the focal plane for the gamma-ray imager mission

Abstract

Em Abril de 2004, a Agência Espacial Europeia (ESA) lançou uma chamada para decidir os temas científicos que teriam maior impacto no futuro. Em 2005, esse conjunto de temas foi estabelecido e deu-se início ao programa Cosmic Vision 2015- 2025. Várias missões foram propostas no âmbito deste programa. Um consórcio de várias instituições provenientes de diferentes países formou-se e a missão Gamma-Ray Imager (GRI) foi proposta. O objectivo desta missão é reunir informações sobre fontes específicas de radiação gama. O seu desenvolvimento tem implicado um esforço significativo desde a sua proposta. Este trabalho enquadra-se nesse esforço. A sensibilidade do instrumento principal desta missão é o assunto principal deste trabalho. Desde a missão CGRO (Compton Gamma Ray Observatory), lançada no início da década de 90 do século passado, à missão INTEGRAL (International Gamma- Ray Astrophysics Laboratory), lançada em 2002, o aumento da sensibilidade foi conseguido através do aumento da área de colecção dos fotões. Contudo, já não é possível melhorar a sensibilidade através do aumento da área de colecção. A missão GRI pretende ultrapassar este problema através do uso de lentes de Laue que foquem a radiação incidente num plano focal. No entanto, alguns trabalhos indiciam uma melhoria da sensibilidade através da estratificação do volume activo em várias camadas. Isto significa que poderão existir duas soluções que podem ser usadas para melhorar a sensibilidade e é importante quantificar o impacto de cada uma delas no valor da mesma. A realização deste trabalho passou por um conjunto de tarefas. A primeira foi estudar o comportamento da razão sinal/ruído ao expor diferentes geometrias a diferentes fontes com diferentes distribuições de energia. Seguidamente, estudou-se a variação da sensibilidade com o aumento do número de placas de volume sensível, mantendo constante o volume de detecção, com o fim de comparar os resultados obtidos com o aumento de sensibilidade que se pode esperar através do uso de uma lente de Laue. A última grande tarefa foi o cálculo da polarização mínima detectável (MDP - Minimum Detectable Polarization) para uma geometria simplificada do plano focal a utilizar na missão GRI. Todos os resultados que constam deste trabalho foram obtidos através da livraria de software Geant4, lançada pelo CERN, e do software MEGAlib, criado pelo Dr. Andreas Zoglauer.