Έλεγχος ποιότητας δεδομένων υψηλής ανάλυσης των μετρητών νετρονίων και ανάπτυξη τεχνικών προσομοίωσης

Abstract

It is well known that the neutron monitors are still the most reliable detectors for the measurements of the cosmic ray intensity. The foundation of the High resolution Neutron Monitor Database in real time (NMDB), has created the need of high quality data provided from each one of the cosmic ray stations including the one of the University of Athens, where this thesis was completed. For this purpose, a series of data correction algorithms have been created, the ANN and ANN Plus based on artificial neural networks, the Edge Editor based on statistical criteria and an optimized version of the established Median Editor. The excellence of the Edge Editor has been proven and evaluated by the scientific community. For the pressure corrected data, a method for the calculation of the barometric coefficient by using a reference station has been developed. For the management of the measurements, a number of applications have been developed which are currently in use at the Athens' station with reliable results. Finally, simulations with Geant4 have been developed, for the study of the Neutron Monitors and of the particle cascades in the Earth's atmosphere with very impressive results, which allow future applications in Space weather.

Είναι γνωστό ότι οι μετρητές νετρονίων παραμένουν οι πιο αξιόπιστοι και μακρόχρονοι ανιχνευτές της έντασης της κοσμικής ακτινοβολίας. Η δημιουργία της διεθνούς βάσης NMDB, όπου συλλέγονται τα υψηλής ανάλυσης δεδομένα των Μετρητών Νετρονίων σε πραγματικό χρόνο, δημιούργησε την ανάγκη ελέγχου της ποιότητος των δεδομένων που παρέχονται από όλους τους σταθμούς κοσμικής ακτινοβολίας, μεταξύ των οποίων και του Πανεπιστημίου Αθηνών στον οποίο διεξήχθη η παρούσα διατριβή. Για τον σκοπό αυτό αναπτύχτηκε μια σειρά από νέους αλγορίθμους διόρθωσης των δεδομένων, οι ANN και ANN Plus βασισμένοι σε τεχνητά νευρωνικά δίκτυα, ο Edge Editor βασισμένος σε στατιστικά κριτήρια, καθώς και μία βελτιστοποιημένη έκδοση του καθιερωμένου Median Editor. Η υπεροχή του Edge Editor απεδείχθη και αξιολογήθηκε από την επιστημονική κοινότητα. Για τη διόρθωση των μετρήσεων ως προς την πίεση αναπτύχτηκε μέθοδος προσδιορισμού του βαρομετρικού συντελεστή με χρήση σταθμού αναφοράς. Για τη διαχείριση των μετρήσεων υλοποιήθηκε μια σειρά εφαρμογών, οι οποίες λειτουργούν αξιόπιστα στο σταθμό της Αθήνας. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις με χρήση του πακέτου Geant4, τόσο για τη μελέτη του Μετρητή Νετρονίων όσο και των καταιονισμών σωματιδίων εντός της γήινης ατμόσφαιρας με πολύ εντυπωσιακά αποτελέσματα, τα οποία ανοίγουν το δρόμο για μελλοντικές εφαρμογές στο Διαστημικό καιρό.