Transcript 全天X線監視装置(MAXI)の開発

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)