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Academic Year/course: 2023/24

628 - Master's Degree in Physics of the Universe: Cosmology, Astrophysics, Particles and Astroparticles

68368 - Advanced instrumentation for astronomy and particle physics experiments


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
68368 - Advanced instrumentation for astronomy and particle physics experiments
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
628 - Master's Degree in Physics of the Universe: Cosmology, Astrophysics, Particles and Astroparticles
ECTS:
6.0
Year:
01
Semester:
Second semester
Subject type:
Optional
Module:
---

1. General information

In this subject students will learn the techniques for the acquisition and processing of signals from radiation and particle detectors, especially those that require specific instrumentation or processing and conditioning techniques, both analogue and digital. They will also acquire the necessary skills for the optical design of a telescope and its instrumentation.

This subject, together with Low Background Radioactive Techniques, and Physics and Engineering of Particle Detectors, is part of the Instrumentation subject.

The objectives and learning results es are aligned with the following Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations 2030 Agenda: 4- Quality education; 8- Decent work and economic growth; 9- Industry, innovation and infrastructure.

2. Learning results

Upon completion of this subject, the student will be able to:

  • Know the optical fundamentals of instrumentation in astronomy.
  • Know how to use the optical instruments in astronomy.
  • Analyse how electrical charge, heat or light caused in the detector by the interactions are converted into electrical pulses.
  • Be able to develop and apply specific precision electronic interfaces (low noise, high sensitivity, etc.).
  • Be able to design a signal conditioning circuit for the specifications of a given detection device.
  • Be able to program a multi-instrument measurement acquisition environment.
  • Be able to design a simple automatic and remote control system.

3. Syllabus

  1. Transduction in astronomical detectors.
  2. Fundamentals and optical instrumentation in astronomy: telescopes, spectrographs, interferometers and polarimeters. Adaptive optics. CCDs for astronomy.
  3. Astronomical instrumentation for space. X-ray and gamma ray instrumentation.
  4. Radio telescopes.
  5. Modern astronomical observatories, robotic observatories, control systems and data reduction systems.
  6. Review: Instrumentation in particle physics.
  7. Signal and noise: detector response. SNR. Noise quantification and main sources.
  8. Front-end electronics: signal transmission. Polarization and readout circuit. Preamplifiers. Filters.
  9. Analog-to-digital conversion. Resolution and quantization noise. Types of ADCs. Nyquist's theorem. Time-to-digital conversion (TDC).
  10. Data acquisition systems. Dead time. Trigger. Modular electronics. FPGAs.

4. Academic activities

  1. Participation in and attendance to lectures
  2. Case analysis, sharing and debate on the contents of the subject.
  3. Performance of laboratory practices.
  4. Solving problems related to laboratory practices.
  5. Writing and submission of works.
  6. Laboratory practice reports.
  7. Face-to-face or telematic tutoring.
  8. Individual study.
  9. Written or oral assessment tests

5. Assessment system

Assessment activities:

  • Written work (T):35%.
  • Case analysis, problem solving, questions and other activities (P): 10%.
  • Laboratory work (L): 10%.
  • Laboratory practice reports (IL): 35%.
  • Assessment tests (E): 10%.

The assessment tests (E) will be a multiple-choice or short-question type. They will take place at the end of each part of the subject, in face-to-face or telematic but synchronous format.

Each assessment activity will be graded from 0 to 10 points. The final grade for the subject NF will be calculated as follows

NF=0.35*T + 0.1*P + 0.1*L+0.35*IL+0.1*E

The final NF grade must be equal to or higher than 5.0, with T, IL and E grades being higher than 5.0.

This subject is eminently practical and has been designed for students who attend and participate in the lectures and have an active attitude in the laboratory. In other cases, as indicated in the learning assessment regulations of the University of Zaragoza, there will be a global assessment test of the subject and it will take place on the dates established by the Faculty of Sciences.


Curso Académico: 2023/24

628 - Máster Universitario en Física del Universo: Cosmología, Astrofísica, Partículas y Astropartículas

68368 - Instrumentación avanzada para experimentos de astronomía y física de partículas


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
68368 - Instrumentación avanzada para experimentos de astronomía y física de partículas
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
628 - Máster Universitario en Física del Universo: Cosmología, Astrofísica, Partículas y Astropartículas
Créditos:
6.0
Curso:
01
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

En esta asignatura los alumnos conocerán las técnicas de adquisición y procesamiento de las señales procedentes de detectores de radiación y partículas, especialmente aquellas que requieren de instrumentación específica o técnicas de procesamiento y acondicionado tanto analógicas como digitales. Asimismo, adquirirán las habilidades necesarias para el diseño óptico de un telescopio y de su instrumentación.

Esta asignatura junto con la de Técnicas de Bajo fondo radiactivo, y  Física e ingeniería de detectores de partículas  forma parte de la materia de Instrumentación.

Los objetivos y resultados de aprendizaje planteados están alineados con los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas: 4- Educación decalidad; 8- Trabajo decente y crecimiento económico; 9- Industria, innovación e infraestructuras.

2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados:

  • Conocer los fundamentos ópticos de la instrumentación en astronomía.
  • Saber utilizar los instrumentos ópticos utilizados en astronomía.
  • Analizar cómo carga eléctrica, calor o luz ocasionados en el detector por las interacciones se convierten en pulsos eléctricos.
  • Ser capaz de desarrollar y aplicar interfaces electrónicos específicos de precisión (bajo ruido, alta sensibilidad, etc.).
  • Ser capaz de diseñar un circuito de acondicionamiento de señal para las especificaciones de un dispositivo de detección determinado.
  • Ser capaz de programar un entorno multi-instrumento de adquisición de medidas.
  • Ser capaz de diseñar un sistema automático y remoto de control sencillo

3. Programa de la asignatura

  1. Transducción en detectores astronómicos.
  2. Fundamentos e instrumentación óptica en astronomía: telescopios, espectrógrafos, interferómetros y polarímetros. Óptica adaptativa. CCDs para astronomía.
  3. Instrumentación astronómica para el espacio. Instrumentación para rayos X y gamma.
  4. Radiotelescopios.
  5. Observatorios astronómicos modernos, observatorios robóticos, sistemas de control y sistemas de reducción de datos.
  6. Revisión: Instrumentación en Física de Partículas.
  7. Señal y Ruido: Respuesta del detector. SNR. Cuantificación del ruido y principales fuentes.
  8. Electrónica de “front-end”: transmisión de la señal. Circuito de polarización y lectura. Preamplificadores. Filtros.
  9. Conversión analógico-digital. Resolución y ruido de cuantización. Tipos de ADCs. Teorema de Nyquist. Conversión tiempo-digital (TDC).
  10. Sistemas de adquisición de datos. Tiempo muerto. Trigger. Electrónica modular. FPGAs.

4. Actividades académicas

  1. Participación y asistencia a lecciones magistrales.
  2. Análisis de casos, puesta en común y debate sobre los contenidos de la asignatura.
  3. Realización de prácticas de laboratorio.
  4. Resolución de problemas relacionados con las prácticas de laboratorio.
  5. Realización y presentación escrita de trabajos.
  6. Realización de informes de prácticas de laboratorio.
  7. Tutorías de forma presencial o telemática.
  8. Estudio individual.
  9. Pruebas de evaluación escrita u oral.

 

5. Sistema de evaluación

Actividades de evaluación:

  • Trabajos escritos (T):35%
  • Análisis de casos, resolución de problemas, cuestiones y otras actividades (P): 10%
  • Trabajo en el laboratorio (L): 10%
  • Informes de prácticas de laboratorio (IL): 35%
  • Pruebas de evaluación (E): 10%

Las pruebas de evaluación (E) serán de tipo test o de preguntas cortas. Se realizarán al finalizar cada parte de la asignatura, en formato presencial o telemático pero síncrono.

Cada actividad de evaluación se calificará de 0 a 10 puntos. La nota final de la asignatura NF se calculará como

NF=0.35*T + 0.1*P + 0.1*L+0.35*IL+0.1*E

La nota final NF deberá ser igual o superior a 5.0, debiendo ser superiores a 5.0 las calificaciones T, IL y E.

Esta asignatura es eminentemente práctica y ha sido diseñada para estudiantes que asistan a las clases presenciales y participen en ellas y tengan una actitud activa en el laboratorio. Para otros casos, tal como indica la normativa de evaluación del aprendizaje de la Universidad de Zaragoza, habrá una prueba de evaluación global de la asignatura y se realizará en las fechas establecidas por la Facultad de Ciencias.