Rentgenovskaya astronomiya

---

<< 1. Vvedenie | Oglavlenie | 3. Mehanizmy generacii izlucheniya >>

Razdely

• 2.1 Detektory
• 2.2 Kollimatory
• 2.3 Teleskopy i spektrografy

---

2. Kratkoe opisanie priborov rentgenovskoi astronomii.

2.1 Detektory

Sushestvuet dva osnovnyh tipa detektorov rentgenovskih kvantov. Eto proporcional'nyi gazorazryadnyi schetchik i scintillyacionnyi schetchik. Proporcional'nyi gazovyi schetchik rabotaet na osnove fotoeffekta v gazah i predstavlyaet soboi ploskuyu korobku, zapolnennuyu tyazhelym inertnym gazom (Ar, Xe) i metanom (ili CO) pod davleniem 1-3 atmosfery. Metan ili CO v kolichestve 10% nuzhen dlya prekrasheniya razryada. Katodom sluzhat metallicheskie stenki kamery, anodom - provolochki v centre. Schetchik sposoben registrirovat' fotony razlichnyh energii, v zavisimosti ot sostava gaza, poskol'ku sechenie vzaimodeistviya atoma s rentgenovskim kvantom proporcional'no chetvertoi stepeni zaryada yadra (). Napryazhenie mezhdu anodom i katodom 20 000 B, i vybityi rentgenovskim kvantom elektron porozhdaet elektricheskii impul's, sila toka v kotorom proporcional'na energii rentgenovskogo fotona. V rezhime proporcional'nosti koefficient usileniya v schetchike . Okna proporcional'nyh schetchikov zakryty tonkimi (10-100 mkm) metallicheskimi (Be, Al) ili organicheskimi plenkami. Razreshenie proporcional'nogo schetchika v diapazone energii ot 1 do 20 keV obratno proporcional'no , t.e. . Naprimer, pri E=5.5 keV, . Kvantovaya effektivnost' schetchika velika i mozhet dostigat' 90%. Ploshad' schetchika do 300 sm v odnom korpuse. Ob'edinyaya neskol'ko schetchikov, obshuyu ploshad' mozhno dovesti do 10 sm.

Pri energiyah fotonov 20 keV gazorazryadnye schetchiki stanovyatsya maloeffektivnymi iz-za umen'sheniya secheniya vzaimodeistviya rentgenovskih fotonov s atomami ( ). Poetomu vmesto nih ispol'zuyut kristally NaJ ili CsJ, aktivirovannye dobavkami Tl ili scintilliruyushie organicheskie plastmassy. Eto tak nazyvaemye scintillyacionnye detektory, v kotoryh kazhdyi rentgenovskii kvant vyzyvaet vspyshku ul'trafioletovogo i opticheskogo izlucheniya, amplituda kotoroi v nekotorom diapazone energii proporcional'na energii pogloshennogo rentgenovskogo kvanta. Eta vspyshka zatem registriruetsya fotoumnozhitelem. Kvantovaya effektivnost' detektora ne ochen' vysoka i ogranichivaetsya v osnovnom fotoumnozhitelyami. Poleznaya ploshad' takogo detektora poryadka 100-300 sm dlya kristallov NaJ i CsJ, a detektory na osnove organicheskih plastmass mogut byt' otlity lyubyh razmerov, vplot' do 1 m. V myagkoi rentgenovskoi oblasti v kachestve detektorov mogut ispol'zovat'sya i mikrokanal'nye plastinki, i PZS matricy.

2.2 Kollimatory

Dlya lokalizacii istochnika rentgenovskih fotonov na nebe detektor delayut registriruyushim fotony lish' s odnoi storony, zakryvaya ostal'nuyu poverhnost' zashitnymi ekranami. Dlya uluchsheniya razreshayushei sposobnosti pole zreniya detektora ogranichivayut s pomosh'yu kollimatorov. Kollimatory byvayut dvuh tipov: plastinchatye i modulyacionnye. Plastinchatyi kollimator predstavlyaet iz sebya trubu ili korobku, otkrytuyu s dvuh koncov, imeyushuyu, kak pravilo, sotovoe stroenie, stoyashuyu pered detektorom i ogranichivayushuyu takim obrazom pole ego zreniya (ris.2). Razreshayushaya sposobnost' takogo kollimatora .

Modulyacionnyi kollimator predstavlyaet soboi dva ryada provolochek s diametrom 0.1 mm i takim zhe rasstoyaniem mezhdu nimi (ris.3). Rasstoyanie mezhdu ryadami provolochek mnogo bol'she. Pri razlichnyh polozheniyah istochnika otnositel'no kollimatora provolochki verhnego ryada libo zakryvayut prosvety vtorogo ryada, libo otkryvayut ih, formiruya signal v vide ryada treugol'nyh pikov. Analiz zapisi signala istochnika v processe skanirovaniya pozvolyaet opredelit' odnu koordinatu istochnika s tochnost'yu 10. Dlya opredeleniya drugoi koordinaty neobhodimo libo proskanirovat' nebo pri drugom polozhenii kollimatora, libo zastavit' sputnik vrashat'sya vokrug svoei osi. V poslednem sluchae kollimator nazyvaetsya rotacionno-modulyacionnym. Vo vseh sluchayah primenenie kollimatora daet nekii boks oshibok, v kotorom nahoditsya istochnik izlucheniya. Etot boks imeet libo formu parallelepipeda v sluchae modulyacionnogo kollimatora, libo formu ellipsa v sluchae rotacionno-modulyacionnogo.

2.3 Teleskopy i spektrografy

Opisannye vyshe ustroistva ne pozvolyayut usilivat' potok izlucheniya, dlya etogo neobhodimo ispol'zovat' rentgenovskuyu optiku. Odnako sovremennye materialy sposobny otrazhat' rentgenovskie kvanty lish' pri ochen' bol'shih uglah padeniya, blizkih k 90. Prichem, chem bol'she energiya kvanta, tem bol'she ugol, pri kotorom vozmozhno otrazhenie. Optika, postroennaya dlya rentgenovskoi oblasti spektra, nazyvaetsya poetomu optikoi kosogo padeniya. Takoi teleskop predstavlyaet soboi dva zerkala s ochen' bol'shim uglom padeniya - paraboloid i giperboloid vrasheniya, raspolozhennye na odnoi osi. Kak vidno iz risunka 4 effektivnaya ploshad' zerkala dostatochno mala i zavisit ot energeticheskogo diapazona, tak kak dlya zhestkih kvantov neobhodim bol'shii ugol padeniya. Rentgenovskaya optika dlya myagkogo rentgena vpervye byla primenena na sputnike "Einshtein".

Zerkala na sovremennyh teleskopah delayut iz fol'gi special'nyh splavov i vkladyvayut drug v druga, chto pozvolyaet uvelichit' effektivnuyu ploshad' teleskopa. V chastnosti, teleskop JET-X sputnika "Spektr-Rentgen-Gamma" imeet sobirayushuyu ploshad' 3000 sm i pozvolyaet stroit' izobrazheniya v spektral'noi oblasti do 10 keV. Dlya registracii izobrazheniya v fokal'noi ploskosti teleskopa stavitsya setka iz gazorazryadnyh schetchikov. Na sputnike "Einshtein" maksimal'noe razreshenie sostavlyalo 12, a effektivnaya ploshad' zerkal sostavlyala ot 400 sm dlya fotonov s energiyami 0.25 keV do 30 sm dlya energii 4 keV. Razreshayushaya sposobnost' sovremennyh teleskopov sostavlyaet doli uglovyh sekund.

Dlya issledovaniya spektral'nyh harakteristik rentgenovskogo izlucheniya ispol'zuetsya neskol'ko metodov. V oblasti myagkogo rentgena ispol'zuyut neskol'ko gazorazryadnyh detektorov s razlichnym gazovym sostavom, chuvstvitel'nyh k rentgenovskim kvantam opredelennyh energii. V chastnosti, detektor rentgenovskogo teleskopa observatorii "Einshtein" imel 32 kanala v oblasti ot 0.1 do 4.5 keV. Dlya bolee zhestkogo izlucheniya vozmozhno ispol'zovanie difrakcionnyh reshetok kosogo padeniya iz Breggovskih kristallov. Breggovskii kristall otrazhaet rentgenovskie kvanty v uzkom spektral'nom diapazone. Prichina otrazheniya - difrakcionnaya. Na atomnyh sloyah v kristalle otrazhayutsya tol'ko te fotony, ch'ya dlina volny ravna ili kratna udvoennomu rasstoyaniyu mezhdu atomnymi sloyami v kristalle, umnozhennomu na , ugla padeniya fotona: .

Yasno, chto pri raznyh uglah padeniya budut otrazhat'sya fotony s raznymi energiyami. To est' povorachivaya Breggovskii kristall, mozhno napravlyat' na detektor poocheredno rentgenovskie kvanty raznyh energii.

Takovy v osnovnyh chertah pribory, primenyaemye v rentgenovskoi astronomii.

---

<< 1. Vvedenie | Oglavlenie | 3. Mehanizmy generacii izlucheniya >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: rentgenovskoe izluchenie - kosmicheskie observatorii - detektory izlucheniya - rentgenovskie istochniki Publikacii so slovami: rentgenovskoe izluchenie - kosmicheskie observatorii - detektory izlucheniya - rentgenovskie istochniki
Sm. takzhe: Tumannost' Orla i goryachie rentgenovskie zvezdy 2MASS J17554042+6551277 Teleskop JWST na puti k tochke L2 Kosmicheskii teleskop "Dzheims Vebb" nad Zemlei Neozhidannoe rentgenovskoe izluchenie iz skopleniya galaktik v Persee Kosmicheskii teleskop im. Dzheimsa Vebba: prizraki i zerkala Vysokoenergichnoe izluchenie Andromedy Vse publikacii na tu zhe temu >>