D 2022

Athena charged particle diverter simulations: effects of micro-roughness on proton scattering using Geant4

RIFFALD SOUZA BREUER, Jean-Paul Bernhard, Gábor GALGÓCZI, Valentina FIORETTI, Jakub ZLÁMAL, Petr LISKA et. al.

Základní údaje

Originální název

Athena charged particle diverter simulations: effects of micro-roughness on proton scattering using Geant4

Autoři

RIFFALD SOUZA BREUER, Jean-Paul Bernhard (76 Brazílie, garant, domácí), Gábor GALGÓCZI (348 Maďarsko, domácí), Valentina FIORETTI, Jakub ZLÁMAL, Petr LISKA, Norbert WERNER (703 Slovensko, domácí), Giovanni SANTIN, Nathalie BOUDIN, Ivo FERREIRA, Matteo GUAINAZZI, Andreas VON KIENLIN, Simone LOTTI, Teresa MINEO, Silvano MOLENDI a Emanuele PERINATI

Vydání

Washington, Proceedings of SPIE, Volume 12181: Space Telescopes and Instrumentation 2022: Ultraviolet to Gamma Ray, od s. 1-12, 12 s. 2022

Nakladatel

SPIE

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Stať ve sborníku

Obor

10308 Astronomy

Stát vydavatele

Spojené státy

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Forma vydání

elektronická verze "online"

Odkazy

Kód RIV

RIV/00216224:14310/22:00126669

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

ISBN

978-1-5106-5343-6

ISSN

UT WoS

000865607100101

Klíčová slova anglicky

Geant4; Particle Scattering; Proton simulations; Scanning Probe Microscopy; Surface Roughness

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 19. 1. 2023 14:23, Mgr. Marie Šípková, DiS.

Anotace

V originále

The last generation of X-ray focusing telescopes operating outside the Earth's radiation belt discovered that optics were able to focus not only astrophysical X-ray photons, but also low-energy heliophysical protons entering the Field of View (FOV). This "soft proton" contamination affects around 40\% of the observation time of XMM-Newton. The ATHENA Charged Particle Diverter (CPD) was designed to use magnetic fields to move these soft protons away from the FOV of the detectors, separating the background-contributing ions in the focused beam from the photons of interest. These magnetically deflected protons can hit other parts of the payload and scatter back to the focal plane instruments. Evaluating the impact of this secondary scattering with accurate simulations is essential for the CPD scientific assessment. However, while Geant4 simulations of grazing soft proton scattering on X-ray mirrors have been recently validated, the scattering on the unpolished surfaces of the payload (e.g. the baffle or the diverter itself) is still to be verified with experimental results. Moreover, the roughness structure can affect the energy and angle of the scattered protons, with a scattering efficiency depending on the specific target volume. Using Atomic Force Microscopy to take nanometer-scale surface roughness measurements from different materials and coating samples, we use Geant4 together with the CADMesh library to shoot protons at these very detailed surface roughness models to understand the effects of different material surface roughnesses, coatings, and compositions on proton energy deposition and scattering angles. We compare and validate the simulation results with laboratory experiments, and propose a framework for future proton scattering experiments.

Návaznosti

EF19_073/0016943, projekt VaV
Název: Interní grantová agentura Masarykovy univerzity
GX21-13491X, projekt VaV
Název: Zkoumání žhavého vesmíru a porozumění kosmické zpětné vazbě (Akronym: EHU)
Investor: Grantová agentura ČR, Exploring the Hot Universe and Understanding Comic Feedback
LM2018140, projekt VaV
Název: e-Infrastruktura CZ (Akronym: e-INFRA CZ)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, e-Infrastruktura CZ
MUNI/I/0003/2020, interní kód MU
Název: MUNI Award in Science and Humanities 3 (Akronym: Space-Based High-Energy Astrophysics)
Investor: Masarykova univerzita, MUNI Award in Science and Humanities 3, MASH - MUNI Award in Science and Humanities
90110, velká výzkumná infrastruktura
Název: CzechNanoLab