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Characterization and Physical Explanation of Energetic Particles on Planck HFI Instrument

Authors :
Alain Benoit
J.-M. Lamarre
Peter A. R. Ade
A. Pelissier
A. Catalano
Y. Giraud-Héraud
D. Santos
B. P. Crill
E. Bréele
A. Sauvé
Locke D. Spencer
C. Rosset
F.-X. Désert
Guillaume Patanchon
Alessandro Monfardini
W. Holmes
M. Charra
F. Pajot
Rashmikant V. Sudiwala
Noël Coron
L. Fauvet
Y. Atik
J. F. Macías-Pérez
A. Coulais
O. Guillaudin
Philippe Camus
M. Piat
A. Miniussi
C. Renault
M. I. Martínez
W. C. Jones
James J. Bock
Jean-Loup Puget
Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC)
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)
Cryogénie (Cryo)
Institut Néel (NEEL)
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
APC - Cosmologie
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris
Hélium : du fondamental aux applications (HELFA)
PLANCK
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
School of Physics and Astronomy [Cardiff]
Cardiff University
Institut d'astrophysique spatiale (IAS)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES)
Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
California Institute of Technology (CALTECH)
Jet Propulsion Laboratory (JPL)
NASA-California Institute of Technology (CALTECH)
Cryogénie (NEEL - Cryo)
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères = Laboratory for Studies of Radiation and Matter in Astrophysics and Atmospheres (LERMA)
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CY Cergy Paris Université (CY)
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG )
Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
European Space Research and Technology Centre (ESTEC)
Agence Spatiale Européenne = European Space Agency (ESA)
Department of Physics, Princeton University (DPPU)
Princeton University
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
HELFA - Hélium : du fondamental aux applications
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Cryo - Cryogénie
Physique Corpusculaire et Cosmologie - Collège de France (PCC)
Collège de France (CdF)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Observatoire de Paris
Source :
Journal of Low Temperature Physics, Journal of Low Temperature Physics, Springer Verlag (Germany), 2014, 176 (5-6), pp.773-786. ⟨10.1007/s10909-014-1116-6⟩, Journal of Low Temperature Physics, 2014, 176 (5-6), pp.773-786. ⟨10.1007/s10909-014-1116-6⟩
Publication Year :
2014

Abstract

The Planck High Frequency Instrument (HFI) has been surveying the sky continuously from the second Lagrangian point (L2) between August 2009 and January 2012. It operates with 52 high impedance bolometers cooled at 100mK in a range of frequency between 100 GHz and 1THz with unprecedented sensivity, but strong coupling with cosmic radiation. At L2, the particle flux is about 5 $cm^{-2} s^{-1}$ and is dominated by protons incident on the spacecraft. Protons with an energy above 40MeV can penetrate the focal plane unit box causing two different effects: glitches in the raw data from direct interaction of cosmic rays with detectors (producing a data loss of about 15% at the end of the mission) and thermal drifts in the bolometer plate at 100mK adding non-gaussian noise at frequencies below 0.1Hz. The HFI consortium has made strong efforts in order to correct for this effect on the time ordered data and final Planck maps. This work intends to give a view of the physical explanation of the glitches observed in the HFI instrument in-flight. To reach this goal, we performed several ground-based experiments using protons and $\alpha$ particles to test the impact of particles on the HFI spare bolometers with a better control of the environmental conditions with respect to the in-flight data. We have shown that the dominant part of glitches observed in the data comes from the impact of cosmic rays in the silicon die frame supporting the micro-machinced bolometric detectors propagating energy mainly by ballistic phonons and by thermal diffusion. The implications of these results for future satellite missions will be discussed.<br />Comment: LTD-15 Conference

Details

Language :
English
ISSN :
00222291 and 15737357
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Low Temperature Physics, Journal of Low Temperature Physics, Springer Verlag (Germany), 2014, 176 (5-6), pp.773-786. ⟨10.1007/s10909-014-1116-6⟩, Journal of Low Temperature Physics, 2014, 176 (5-6), pp.773-786. ⟨10.1007/s10909-014-1116-6⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....5648c75666f2ad03a22718e33a12906a