Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I



Samankaltaiset tiedostot
Ilmaisimet. () 17. syyskuuta / 34

Refraktorit Ensimmäisenä käytetty teleskooppi-tyyppi

SMG-4300: Yhteenveto ensimmäisestä luennosta

PUOLIJOHTEISTA. Yleistä

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Fysikaalisten tieteiden esittely puolijohdesuperhiloista

DEE Aurinkosähkön perusteet

Puolijohteet. luku 7(-7.3)

SMG-4450 Aurinkosähkö

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

Valosähköinen ilmiö. Kirkas valkoinen valo. Himmeä valkoinen valo. Kirkas uv-valo. Himmeä uv-valo

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

SMG-4450 Aurinkosähkö

CCD-kamerat ja kuvankäsittely

2. Fotonit, elektronit ja atomit

TASASUUNTAUS JA PUOLIJOHTEET

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

6. Ilmaisimet ja uudet havaintotekniikat. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luento Thomas Hackman (Kalvot: J.

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

1. Polarimetria. voidaan tutkia mm. planeettojen ilmakehien ja tähtien välistä pölyä.

GAMMASÄTEILYMITTAUKSIA

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, yhteenveto

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ

Havaitseva tähtitiede 1

SMG-4450 Aurinkosähkö

Kuva 1. Fotodiodi (vasemmalla) ja tässä työssä käytetty mittauskytkentä (oikealla).

Sähkömagneettinen säteily ja sen vuorovaikutusmekanismit

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson

Havaitsevan tähtitieteen pk 1 Luento 5: Ilmaisimet ja uudet havaintotekniikat. Jyri Näränen

Top Analytica Oy Ab. XRF Laite, menetelmät ja mahdollisuudet Teemu Paunikallio

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.

A.1 Ionisoivan säteilyn ja ilmaisinaineen vuorovaikutukset

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2007

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

DEE Aurinkosähkön perusteet

Polarimetria. Teemu Pajunen, Kalle Voutilainen, Lauri Valkonen, Henri Hämäläinen, Joel Kauppo

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2012

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

Kuva 6.6 esittää moniliitosaurinkokennojen toimintaperiaatteen. Päällimmäisen

FRANCKIN JA HERTZIN KOE

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2008

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

Valon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan

Fotometria Eskelinen Atte. Korpiluoma Outi. Liukkonen Jussi. Pöyry Rami

1 Johdanto. energiavyö, saavutetaan (1) missä E on

Fotometria. Riku Honkanen, Antti Majakivi, Juuso Nissinen, Markus Puikkonen, Roosa Tervonen

Kvanttifysiikan perusteet 2017

9. Polarimetria. tähtitieteessä. 1. Polarisaatio. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

Valon hiukkasluonne. Yliopistonlehtori, TkT Sami Kujala. Kevät Harris luku 3. Elektroniikan ja nanotekniikan laitos

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Voima ja potentiaalienergia II Energian kvantittuminen

Kvanttisointi Aiheet:

PUOLIJOHTEEN SÄHKÖNJOHTAVUUS

9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Syksy 2017 Thomas Hackman (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

Havaitsevan tähtitieteen pk 1 Luento 6: Ilmaisimet ja uudet havaintotekniikat. Jyri Näränen

Mitä ledi on ja mitkä ovat sen edut ja haitat?

Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa.

CCD-anturin lämpötilan vaikutus elektroluminesenssimittauksen signaali-kohinasuhteeseen

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I Johdanto

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

Gamma- ja röntgenspektrin mittaaminen monikanava-analysaattorilla

(VALO)KUVAN MUODOSTUMINEN

2. MITÄ FOTOMETRIA ON?

S Fysiikka III (EST) (6 op) 1. välikoe

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Spektroskopia. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Kevät 2014 Veli-Matti Pelkonen (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

MIKSI ERI AINEET NÄYTTÄVÄT TIETYN VÄRISILTÄ? ELINTARVIKEVÄRIEN NÄKYVÄN AALLONPITUUDEN SPEKTRI

FYS207/K5. GAMMASÄTEILYN JA AINEEN VUOROVAIKUTUS

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

11. Astrometria, ultravioletti, lähiinfrapuna

10. Polarimetria. 1. Polarisaatio tähtitieteessä. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

Röntgenkuvaus, digitaalinen kuvaus ja tietokonetomografia

9. Polarimetria. 1. Stokesin parametrit 2. Polarisaatio tähtitieteessä. 3. Polarisaattorit 4. CCD polarimetria

7.4 Fotometria CCD kameralla

Sovelletun fysiikan pääsykoe

Fotometria ja avaruuskuvien käsittely

Luku 14: Elektronispektroskopia. 2-atomiset molekyylit moniatomiset molekyylit Fluoresenssi ja fosforesenssi

Potentiaalikuopalla tarkoitetaan tilannetta, jossa potentiaalienergia U(x) on muotoa

Theory Finnish (Finland) Suuri hadronitörmäytin (Large Hadron Collider, LHC) (10 pistettä)

Virrankuljettajat liikkuvat magneettikentässä ja sähkökentässä suoraan, kun F = F eli qv B = qe. Nyt levyn reunojen välinen jännite

Väriaineaurinkokenno (Dye-sensitized solar cell, DSSC) 4. Kennon komponenteista huokoinen puolijohde

SÄHKÖMAGNETISMI: kevät 2017

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

Luku 23. Esitiedot Työ, konservatiivinen voima ja mekaaninen potentiaalienergia Sähkökenttä

Transkriptio:

5. Ilmaisimet Lauri Jetsu Fysiikan laitos Helsingin yliopisto

Ilmaisimet Ilmaisimet (kuvat: @ursa: havaitseva tähtitiede, @kqedscience.tumblr.com) Ilmaisin = Detektori: rekisteröi valon ja muuttaa käsiteltävään muotooon Aluksi: 1850: 1900-luvulla: Valosähköiset 1970: CCD CCD käsitellään erikseen Mykiö = Linssi Kuva ylösalaisin verkkokalvolle Iiris = Himmennin = Aukko = D I = Valon määrä Tarvittava D I suuri D pieni Tarkka kuva (Valoisa) 2 mm D 9 mm (Pimeä) 6000 tähteä: Paljain silmin (engl. naked eyes)

(kuva: @ursa: havaitseva tähtitiede, @fi.wikipedia) Tappi-solut ja Sauva-solut Valo Kemiallinen reaktio Sähköimpulssi näköhermoon Aivot tulkitsevat, Huom: integroi lyhyen ajan! Tappi-solut (engl. Cone cells): n. 6 7 miljoonaa Epäsäännöllisesti jakautuneet silmän takaosaan Keskittyneet verkkokalvon keskiosaan = Foveaan = Keltaiseen täplään Vähemmän herkkiä kuin sauvasolut: QE 1% Havaitsevat värit kirkkaassa valossa S: sininen, M: vihreä, L: punainen Sauva-solut (engl. Rod cells): n. 100 miljoonaa Herkempiä kuin tappisolut: QE = 10 100% Visuaalihavainnot Kaikkialla verkkokalvolla, paitsi sokeassa täplässä = näköhermon päässä, vähemmän keltaisessa täplässä Katso himmeitä kohteita hiukan sivuun Eivät erota värejä Mustavalkoinen

(kuvat:@webvision.med.utah.edu, @www.en.wikipedia) n adaptaatio pimeään www 1 000 000 herkempi pimeässä Pupilli adaptoituu lähes heti Rodopsiini = Näköpurppura (engl. visual purple) Valokemiallisesti hajoava pigmentti Tuhoutuu kirkkaassa valossa Palautuu täysin noin 15 45 minuutissa Tappi ja sauvasolut adaptoituvat eri tahtiin Visuaalihavainnot: himmeä punainen valo n reaktio logaritminen (Hipparkos: magnitudit) Laaja toiminta-alue (adaptaatio!) Havaitsee signaali vaihtelun 1 10 9 6 m yläraja, 0. m 1 kirkkausero, 2 erotuskyky Norman Pogson (1829 1891): Peräkkäisten luokkien luminositeettien suhde 100 1/5 = 2.512

(kuva: @quizlet.com ) Valoherkkä emulsio sisältää hopeabromidia (AgBr) Valo Kemiallinen muutos Latentti kuva Gurney & Mott (1938) teoria: Latentin kuvan synty www Kehite: Kuvan AgBr kehitetään Ag:ksi Minuutteja: 2AgBr 2Ag + Br 2 Kiinnite: Valottumaton AgBr poistetaan Minuutteja: Ei valoherkkä Pesu: Kiinnite pestään pois Puolisen tuntia juoksevaa vettä Kuivaus: Valmis pysyvä mittaus

(kuva: @ursa: havaitseva tähtietiede, @en.wikipedi.org) Emulsion ominaisuudet: Herkkyys, Erotuskyky, Kontrasti Herkkyys: Valotusaika samanlaiselle kuvalle 1/[ASA] = 1/[ISO] Erotuskyky: Tyypillisesti 50 200 viivaa/mm Raekoko www Kontrasti: Kulma γ = tan α Loiva: γ pieni Hidas valotus Laaja kirkkausalue Himmeämmät näkyvät Kirkkaat eivät saturoi Tarkkuus σ m = huono Jyrkkä: γ suuri Nopea valotus Pieni kirkkausalue Kirkkaat & Himmeät: ongelmia Tarkkuus σ m = hyvä

(kuva: @www.aao.gov.au) Resiprositeetti ilmiö www E = I t E = Mustuma I = Intensiteetti t =valotusaika Karl Schwarzchild (1873 1916) E = I t p, missä p = 0.86 Voimassa rajatun ajan Edut Haitat Objektiivinen: ei QE 1% (lämpö/kaasu käsittely QE > 1%) Levy: Paljon kohteita Epälineaarinen mustuma Himmeät kohteet: ei integroi Laatu vaihteluja Erotuskyky parempi kuin CCD:n Lämpötilan ja kehittämisen vaikutukset Laajempi kenttä kuin CCD:n Mustaman epäsäännöllisyydet Astrometria: suuri kuvakenttä Magnitudit ja spektrit vaikeita kalibroida

(kuvat: @ursa: havaitseva tähtitiede ) : Valomonistinputki, CCD Materiaalissa vapaita varauksia Johtaa sähköä Yksi atomi: Elektroneille rajattu määrä energiatiloja Elektronit spontaanisti alimpaan perustilaan Kvantti absorboituu Elektroni virittyy Palaa perustilaan Kvantti emittoituu W=Irrotustyö (esim. Vety: W=13.6 ev) Suuri kvantti W < E = hf Elektroni irtoaa Kineettinen energia E k = (1/2)m ev 2 = E W Kiinteä aine: Atomit lähekkäin Kaksi atomia: Energiatasot jakautuvat Monta atomia: Energiavöitä Energiavöiden keskinäinen sijainti Johde, Puolijohde tai Eriste

(kuvat: @ursa: havaitseva tähtitiede) Johtavuusvyö Elektronien ylin energitaso Voivat liikkua materiaalissa Valenssivyö Sidottujen elektronien ylin energiataso Tätä alemmat energia tasot täynnä elektroneja E = johtavuus ja valenssivyön energiaero Eriste: E suuri Ei johda sähköä, Poikkeuksia: Voimakas ulkoinen sähkökenttä Puolijohde: E pieni Hiukan johtavuutta, Poikkeuksia: Säteily lisää johtavuutta Johde: E < 0 Johtaa sähköä

(kuva: @ursa: havaitseva tähtitiede) Puhtaat puolijohteet johtavat sähköä heikosti Duoppaus: 10 6 10 8 osa epäpuhtauksia Uusi energia taso johtavuus ja valenssivyön väliin E pienenee Johtavuus paranee Esimerkki p-tyypin puolijohde: Pi (4 x e valenssivyössä) Al, Ga, In (3 x e valenssivyössä) Valenssivyössä aukkoja E E e siirtyy aukkoon +1e vastakkaiseen suuntaan Esimerkki n-tyypin puolijohde: Pi (4 x e valenssivyössä) Ar, Sb, P (5 x e valenssivyössä) Valenssivyössä ylimääräisiä e E E e siirtyy johtavuusvyöhön

(kuvat: @lj, @zenofstem.com) Puolijohteiden käyttötavat tähtitieteessä Valomonistin: Irtosin CCD: En irronnut... Kuvanvahvistin: Irtosin...

Valomonistinputki Valomonistinputki Valomonistinputki (kuvat: @ursa: havaitseva tähtitiede) Muuttaa valon sähkövirraksi: valosähköinen ilmiö E = hf > W fotokatodille e irtoaa e kiihdytetään e osuu dynodiin useita e... 10 15 dynodia Virtavahvistus 10 5 10 8 QE 20 40% Dynodilta toiselle 100V Koko laite 1 2kV Hyvä fotokatodi: absorboi hyvin, l e = elektronien vapaa matka > l f = fotonien vapaa matka Johteet: hyvin heijastavia l e 1 nm < l f 10 nm Ei! Eristeet,, Niiden sekoitukset: l e > l f Kyllä! Valittu materiaali Toivottu W Toivottu aallopituusalue Kaksi mittaustapaa Tasavirta: jatkuva mittaus anodilla Pulssi: pulssien laskenta anodilla

Valomonistinputki Valomonistinputki Valomonistinputki (kuva: @ursa: havaitseva tähtitiede) Edut Pulssien määrä Fotonien määrä/energia lineaarinen herkkyys säteilyvuohon Havaintojen käsittely helppoa Antaa vain kokonaistehon, ei kuvaa Fotometria & Polarimetria Haitat ( Rajoituksia) Katodin pinnan herkkyys vaihtelee Kuvan levitys Fabry linssillä Kemialliset muutokset: katodi, dynodit, tyhjiö... Tiheä kalibrointi Kohina Termiset elektronit katodi/ensimmäiset dynodit Kosmiset säteet, radioaktiiviset hiukkaset, Cherenkovin säteily www, Ulkoiset sähkö ja magneettikentät ( elektronien ratamuutokset) Suuret intensiteetit Kuollut aika n 2 fotonia samassa pulssissa Kohinan vähentäminen: Jäähdytys, Diskriminaattori & Faradayn häkki

Kuvanvahvistimet Kuvanvahvistimet Kuvanvahvistimet (kuvat: @ursa: havaitseva tähtitiede, @www.photonis.com) Valosähköinen ilmiö: Irtosin... Katodi Ohut lasilevy Ohut puolijohde Fotoni e Sähkökenttä kiihdytys Tyhjiöputki tai Mikrokanavalevy( jä) Osuu fosforilevyyn Luminenssi www Eräs toimintakuvaus, sekä animaatioita www