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Título: Classificação de chuveiros atmosféricos utilizando redes neurais convolucionais
Título(s) alternativo(s): Air shower classification through convolutional neural networks
Autor(es): Silva, Derlei Jurandir da
Orientador(es): Mello, Alexandre José Tuoto Silveira
Palavras-chave: Partículas (Física, química, etc.)
Redes neurais (Computação)
Monte Carlo, Método de
Raios cósmicos
Raios gama
Simulação (Computadores)
Particles
Neural networks (Computer science)
Monte Carlo method
Cosmic rays
Gamma rays
Computer simulation
Data do documento: 13-Set-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: SILVA, Derlei Jurandir da. Classificação de chuveiros atmosféricos utilizando redes neurais convolucionais. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Eletrônica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024.
Resumo: A cada segundo, inúmeras partículas provenientes do espaço atingem nosso planeta, algumas interagindo com a atmosfera da Terra, que atua como um escudo. Esse é o caso dos raios cósmicos e dos raios gama, que geram uma cascata de partículas mais leves e menos energéticas à medida que penetram na atmosfera. Devido à opacidade da atmosfera aos raios gama, Telescópios de Imageamento Cherenkov Atmosférico, como HESS, VERITAS, MAGIC, e o ainda em desenvolvimento CTA, são essenciais para a observação desses eventos. Uma característica particular dos raios gama é que eles viajam pelo Universo sem sofrer a deflexão que as partículas carregadas sofrem, fornecendo assim informações sobre o local onde foram gerados, permitindo estudos detalhados dessas regiões. Este trabalho explora o uso de técnicas de aprendizado profundo, especificamente redes neurais convolucionais, para a análise de dados desses telescópios. O conjunto de dados de treinamento foi obtido através de simulações computacionais usando o software CORSIKA em conjunto com o pacote sim_telarray, para gerar chuveiros atmosféricos iniciados por núcleos de hidrogênio e fótons de altas energias, seu desenvolvimento na atmosfera e a emissão da radiação Cherenkov, capturada pelos telescópios na superfície. As imagens foram usadas para treinar uma rede neural convolucional com o objetivo de distinguir entre as duas classes, resultando em uma acurácia superior a 90% e demonstrando grande potencial de aplicação para a classificação desses eventos.
Abstract: Every second, countless particles from space reach our planet, some interacting with the Earth’s atmosphere, which acts as a shield. This is the case for cosmic rays and gamma rays, which generate a shower of lighter and less energetic particles as they penetrate the atmosphere. Due to the opacity of the atmosphere to gamma rays, Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACTs) such as HESS, VERITAS, MAGIC, and the upcoming CTA, are essential for observing these events. A particular characteristic of gamma rays is that they travel through the Universe without the deflection suffered by charged particles, thus carrying information about the location where they were generated, allowing for detailed studies of these sources. This work explores the use of deep learning techniques, specifically convolutional neural networks, for analyzing data from these telescopes, separating events initiated by gamma rays from those initiated by hadrons. The training dataset was obtained through computational simulations using the CORSIKA software, generating cosmic showers initiated by protons and high-energy photons. Subsequently, the sim_telarray package was used to simulate the bunch of photons captured by the IACT cameras. These images were used to train a convolutional neural network with the objective of distinguishing showers initiated by gamma rays from hadronic ones. The model achieved an accuracy of over 90% in distinguishing between these two types of events, demonstrating its great potential applicability in the analysis of data from these kind of events.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38815
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