全天X線監視装置(MAXI)の開発
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全天X線監視装置(MAXI)
磯部直樹 (ISAS/JAXA)
& MAXIミッションチーム
全天X線監視装置 MAXI
(Monitor of All Sky X-ray Image)
国際宇宙ステーション日本実験モジュール「きぼ
う」の曝露部の初期利用ミッションである。
90分周期(宇宙ステーションの軌道周期)で全天
をX線で監視し、変動天体の速報を行う。
2種類の観測装置を搭載している。
Gas Slit Camera (GSC) : ガス比例計数管
Solid-state Slit Camera (SSC) : X線CCD
X線監視装置として史上最高の感度を持っている。
2008年度にH2Aロケットで打ち上げ予定である。
観測期間は2年を想定している。
JAXA, 理研, 大阪大, 東工大, 青学大, 日大 など
が開発に参加している。
国際宇宙ステーション(ISS)
アメリカ,ロシア,日本,欧州,カナダなど15カ国が
参加する宇宙の巨大有人実験室。
1998年11月に建設が始まり、2008年に完成
する予定。
進行方向
完成すると、サッカー場程度の大きさになる
日本実験棟「きぼう」,
JEM
高度 330
~ 480 km, 軌道傾斜角51.6度,
軌
(Japan Experiment Module)
道周期約90分
である。
現在 3人の宇宙飛行士が滞在している
日本実験棟「きぼう」(JEM)
与圧部
MAXI
SMILES
(P1-77,P1-78)
曝露部
MAXIの構造
曝露部
電気
通信
冷媒
77 cm
80 cm
185 cm
Gas Slit Camera (GSC)
Solid-State
Slit Camera
(SSC)
全重量 約 500 kg
X線源の位置検出原理
天頂視野
天頂
スリット
コリメータ
進行方向
前方視野
地球
1次元位置検出器
MAXIの感度
RXTE ASM
1周回
1日
1週間
天体までの距離 [light year]
天体のX線強度 [mCrab]
天体のX線強度 [mCrab]
105
104
103
X線新星出現 !
102
1周回
101
1週間
1
0
史上最高の感度である。
系外の天体(活動銀河核、銀河団)
まで監視できる。
全天で 1000個以上の天体を検出できる。
100
200
時間 [ days ]
(Tanaka et al. より)
MAXIによる観測のシミュレーション
(5ヶ月分の観測)
銀
河
面
ガススリットカメラ(GSC)
12台の1次元位置検出型比例計数管を使用
前方に3ユニット、天頂方向に3ユニットで全天を
監視 (1 ユニット = 比例計数管 2 台)
視野 : 1.5 x 80 deg (1ユニット)
1.5 x 160 deg (3ユニット)
位置決定制度 : 0.1 deg
エネルギー帯域 : 2 ~ 30 keV
エネルギー分解能 : ~ 20 % (Mo-Ka)
面積 : ~ 5400 cm2 (6ユニット)
ガススリットカメラ(GSC)
GSC 1ユニットの概念図
1次元位置検出型比例計数管
HETE II WXMの改良版
Xe + CO2 (1%) ガス
10 mm 炭素芯線 6本
100 mm厚の Be 窓
Metorex社製
L
R
A4 Paper 程度
Position Measure : PM =
Pulse Height
L–R
L+R
: PH = L + R
358 mm
GSCの現状
理研, JAXA, 青学大, 東工大 で開発、実験
を担当している。
紆余曲折はあったが、2003年夏から比例計
数管のフライトモデル(FM)の製作が始まっ
た。現在、9台が納入済みである。理研と
JAXAで特性試験を分担で行っている。
昨年度、スリット+コリメータのエンジニアリ
ングモデル(EM)が完成した。今年度JAXAで
応答測定を行った。
動作電圧
1 mm
芯線印加電圧
位置決定制度 0.1 deg には、
位置分解能 1 mmが必要。
残差 [mm] X線照射位置 [mm]
位置分解能 [mm]
GSC FM 比例計数管の 特性
1650 V
Position Measure PM
Position Measure : PM =
L–R
L+R
GSC FM 比例計数管の 特性
位置分解能をよくするため、
芯線電圧が高い
非制限領域で動作
ゲインマップ
5 % 程度のばらつきで一様
GSC EM コリメータ
ほぼ設計どおりの性能を確認
コリメータの板どうしは約0.05度以内で平行
板どうしの間隔は設計値から
3% 程度のばらつきしかない
板の歪みは許容範囲内である
-1.5
角度 q [deg]
1.5
Solid-state Slit Camera (SSC)
国産のX線CCD(浜松ホトニクス社製)を搭載する。
32 素子
前方に1ユニット,
天頂方向に1ユニットで全天を監視する。
視野 : 1.5 x 90 deg
位置精度 : 0.1deg
エネルギー帯域 : 0.5 ~ 10 keV
エネルギー分解能 : ~140 eV
面積 : 200 cm2
Solid-state Slit Camera (SSC)
カメラボディの概観
CCD Chip
30 cm
Peltier
24 cm (1024 pixel)
スリット
可視光を防ぐため、
表面はアルミコーティング
(2000 Å)
SSCの現状
大阪大学を中心にして、開発を進めている。
EM (CCDは 8素子のみ)が完成し、評価中
である。
素子の製作が完了し、FM素子の評価も終
了している。
コリメータのEMが完成し、評価を行っている。
SSC EMの特性
Al-Ka
1.4876
DE = 145 eV
V-Ka
4.95220
Ti-Ka
4.51084
Cl-Ka
2.62239
Fe-Ka
6.4038
Cl-Kb
2.8156
V-Kb
5.42729
Ti-Kb
4.913181
Zn-Ka
8.63886
Ni-Ka
7.47815
Fe-Kb
7.05798
Ni-Kb
8.26466
Zn-Kb
9.5720
Cr-Ka Cr-Kb
5.41472 5.9467
その他、FM素子などは上山 et al. によるポスター(P1-69)
CCDの冷却 : LHPRS
Loop Heat Pipe and Radiator System
CCDを-60度に冷却
Peltier
カメラボディを-20度に冷却
Loop Heat Pipe and Radiator System
小さな温度差で大量の熱輸送が可能
– 蒸発・凝縮潜熱利用
外部駆動力なし
– 毛細管力による駆動力
高い熱輸送能力
– 気流・液流分離
– 蒸発部にウィックを局在→より高い性能限界
機器配置自在性を持つ
– 蒸気・液管は、Smooth Tube
重力の影響を受けにくい
– 毛細管力が強い
LHP Evaporator
CCD
Evaporator
Honeycomb
Accumulator
Peltier device
panels Radiator
Condenser Lines
日本で使用した実績はない
1つの蒸発部に対し2つの放熱面
2つの凝縮部の熱環境が異なる
変動するシンク温度
昨年度に熱環境試験で実証
(永井 et al. のポスター P2-6 参照)
まとめ
MAXIは宇宙ステーションに搭載される全天X線
監視装置である。
史上最高の感度を持ち、銀河系外の天体ま監
視することができる。
2008年度の打ち上げに向け、そこそこ順調(?)
に開発が進んでいる。
本年度中に、詳細設計を完了する。
各装置の EM の性能は、ほぼ設計どおりであ
り、目標が達成できそうである。
一部はすでに FM の製作が始まっている。
MAXI の 今後
検出器の較正データを取得し、データ
ベース化する。
現実的なシミュレーションを確立する。
解析ソフトウエアを作る。
観測データベース、公開システムを確立
する。
多波長連携体制を構築する。
Etc...
予備
GSC の 特性
GSC の 特性
入射窓からの深さ
入射窓
芯線
ゲイン
データ中継衛星
(こだま)