Premessa
I telescopi EAS-TOP sono stati progettati, costruiti, installati, messi in servizio e collaudati da Simpro Componenti negli anni 1994-1996, su incarico di Ansaldo Energia e committenza dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).
I telescopi sono installati in località Campo Imperatore a 2 000 m s.l.m., sopra ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) aggiungendosi ad altri quattro analoghi telescopi, di differente fornitura. Gli otto telescopi sono destinati all'osservazione degli EAS in luce Čerenkov per l'esperimento EAS-TOP condotto dai Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
L’esperimento EAS-TOP
Informazioni sull’esperimento EAS-TOP sono fornite nella pagina web EASTOP degli LNGS, cui si rimanda. Di interesse è, anche, la presentazione intitolata “Esperimenti in alta quota: CLUE, EAS-TOP, TTC, ARGO” reperibile sul web (>>). Scopo dell’esperimento EAS-TOP era (usando le parole del Disegno di Legge N. 1926 presentato al Senato della Repubblica il 9 Gennaio 1997) “lo studio degli sciami atmosferici prodotti dai raggi cosmici di alta energia”.
Si tratta, in sostanza, dello studio dei raggi cosmici mediante l’astronomia gamma. Un’interessante illustrazione della ricerca dei raggi cosmici è pubblicata sul web (file pdf intitolato “A caccia di raggi cosmici” disponibile per il download) dall’astronoma Silvia Vernetto (>>). L’esperimento fu ideato dal Prof. Gianni Navarra (si rimanda al pdf che propone un ricordo dell’opera del Prof. Navarra).
L’acronimo EAS sta per “Extensive Air Showers” (in italiano: Sciami atmosferici estesi). Una descrizione dettagliata degli EAS si trova, tra gli altri, nel testo “Principles of Radiation Interaction in Matter and Detection” di Claude Leroy e Pier Giorgio Rancoita (pag. 522) e nella presentazione disponibile online (>>) tratta dalle lezioni del Prof. Bruno Borgia.
Ciascun telescopio monta dei rivelatori di luce Čerenkov atmosferica. La luce Čerenkov è prodotta dai raggi cosmici primari che attraversano l’atmosfera terrestre (si veda la presentazione del Prof. Galeotti disponibile sul web >>). Un approfondimento sulla luce Čerenkov è offerto in questo stesso sito nella pagina dedicata (v. pagina “Luce Čerenkov”).
Le prestazioni richieste ai telescopi e alle coperture
L’appalto ha riguardato la realizzazione chiavi in mano delle quattro cupole di copertura e delle strutture dei quattro telescopi ciascuno dei quali destinato ad alloggiare quattro rivelatori di luce Čerenkov. La fornitura comprendeva anche l’impianto elettrico e il sistema di controllo, oltre alla relativa automazione. I rivelatori di luce sono tipicamente quattro specchi parabolici di diametro 900 mm che all’occorrenza possono essere sostituiti da un unico specchio di maggiori dimensioni.
I telescopi, di tipo altazimutale (la figura 1 mostra il sistema di coordinate azimutali), hanno la funzione di puntare e inseguire una sorgente puntiforme (si veda per approfondimenti la pagina “Coordinate altazimutali” in questo stesso sito). La massima rotazione richiesta attorno ai due assi (azimutale e zenitale) era di ±140°, con possibilità di inseguimento attraverso lo zenit. La velocità minima di posizionamento rispetto ai due assi era di 1 grado/s; con velocità massima di inseguimento di 0,005 gradi/s e possibilità di passaggio automatico dal puntamento all’inseguimento. Le tolleranze di puntamento sono di ±0,05 gradi rispetto al meridiano e di ±0,05 gradi rispetto alla verticale del luogo. La tolleranza di puntamento durante l’inseguimento è di ±0,05 gradi, così come la tolleranza di posizionamento statico. Le tolleranze di rotazione richieste intorno agli assi di azimut e di zenit erano di 0,01 gradi, così come la tolleranza di ortogonalità tra i due assi. Ai supporti dell’asse azimutale (AA) era richiesto di consentire la regolazione dell’orizzontalità dell’asse entro 0,01 gradi. Era, infine, richiesta l’operatività sino a velocità del vento (continuo o a raffiche) di 40 km/h. La struttura dei telescopi doveva dunque avere un livello di rigidezza tale da assicurare le precisioni richieste anche sotto l’azione del vento di 40 km/h.
Ciascun telescopio è alloggiato in una struttura formata da un basamento in calcestruzzo armato di dimensioni esterne intorno a 5 m x 4 m, provvisto lungo l’intero perimetro di un cordolo rialzato di circa 60 cm e spessore di parete pari a 30 cm. Le pareti del basamento sostengono una copertura costituita da due semi gusci formati da quattro settori articolati che ruotano attorno a un asse orizzontale comune sino ad adagiarsi sul quinto segmento fissato al muro di sostegno. Questo sistema articolato assicura la protezione dei telescopi a riposo e consente di avere il massimo campo di osservazione quando questi sono in funzione. A tal fine era richiesto che il colmo del pacchetto formato dai settori con le cupole completamente aperte non eccedesse i 50 cm al di sopra del cordolo rialzato del basamento. Questa soluzione permette di puntare i telescopi anche verso l’orizzonte.
Le condizioni ambientali di progetto per le strutture esterne sono: velocità del vento di 100 km/h, carico neve dell’ordine di 3 m e temperatura minima di -30°C. In condizioni di riposo e cupole chiuse, è richiesto che sia assicurata la tenuta alla neve e all’acqua anche in condizioni di vento massimo.
La realizzazione
Le fotografie da 2 a 15 mostrano le fasi più significative della realizzazione.
Le figure 2, 3 e 4 mostrano l’arrivo in situ delle coperture con i segmenti impacchettati (figura 2), il posizionamento sul muro del basamento di una semi cupola (figura 3) e il posizionamento di un telaio posta-specchi (figura 4).
Le fotografie 5 e 6 mostrano alcune fasi della messa a punto del sistema di azionamento dei telescopi e del sistema di comando generale.
La fotografia 7 mostra un dettaglio della motorizzazione dei telescopi, mentre la fotografia 8 mostra l’azionamento di emergenza delle cupole.
Le fotografie da 9 a 15 mostrano le cupole aperte e le cupole chiuse durante i collaudi e a a fine realizzazione.
La figura 16 presenta una vista del modello a elementi finiti usato per l'analisi strutturale delle coperture.
