» » Зеркало рентгеновской души

Зеркало рентгеновской души


Зеркало рентгеновской души

На фото — зеркальная система первого российского рентгеновского телескопа с оптикой косого падения ART-XC (Astronomical Roentgen Telescope — X-ray Concentrator, Астрономический рентгеновский телескоп — концентратор рентгеновских лучей). Она состоит из двадцати восьми вложенных друг в друга зеркальных оболочек, вклеенных в несущий кронштейн — «паук» (его передняя часть видна на фото), и таких систем в телескопе семь. ART-XC и немецкий телескоп eROSITA (см. картинку дня Рентгеновский телескоп eROSITA) — два основных иснтрумента российской космической обсерватории Спектр-РГ (см. картинку дня Рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ»), запуск которой запланирован на 13 июля.


Зеркало рентгеновской души

У телескопа ART-XC семь зеркальных систем, каждая из которых состоит из 28 зеркальных оболочек, вставленных друг в друга подобно матрешкам. На фото — одна из зеркальных систем летного образца телескопа ART-XC. Фото из статьи M. Gubarev et al., 2013. Development of Mirror Modules for the ART-XC Instrument aboard the Spectrum-Roentgen-Gamma Mission


Рентгеновские фотоны обладают большой энергией. Если они падают на зеркало перпендикулярно или почти перпендикулярно, то проходят через поверхность насквозь. Поэтому в рентгеновских телескопах используют зеркала косого падения, обеспечивающие очень маленький угол отражения. Это достигается за счет использования схемы телескопа Вольтера I рода, где зеркало имеет форму парабола-гипербола. Но одно зеркало перехватывает очень небольшую долю излучения. Чтобы повысить эффективность телескопа, несколько таких зеркал косого падения концентрически вкладываются друг в друга. Поэтому каждая зеркальная система телескопа ART-XC состоит из 28 вложенных зеркальных оболочек.


Зеркало рентгеновской души

Схема рентгеновского телескопа Чандра в разрезе (он имеет схему телескопа Вольтера I рода). Рентгеновские фотоны идут почти параллельно поверхности, прежде чем отразиться от нее. Каждый из семи телескопов ART-XC устроен по такой же схеме, только зеркальных оболочки не 4, а 28, а фокусное расстояние не 10 м, а 2,7 м. Рисунок из статьи S. L. O'Dell et al., 2010. High-resolution x-ray telescopes


Рабочий диапазон энергий ART-XC (6–30 кэВ) перекрывается с диапазоном телескопа eROSITA (0,5–10 кэВ), что дает дополнительное преимущество, повышая надежность научных результатов миссии. Зеркала ART-XC изготовлены из никель-кобальтового сплава с иридиевым покрытием внутренней поверхности (толщина покрытия — несколько десятков нанометров). Иридий — металл платиновой группы — на энергиях более 10 кэВ имеет более высокий коэффициент отражения рентгеновского излучения, чем золото (которым покрыты зеркала eROSITA).

Изготовление зеркальных систем для рентгеновского телескопа чрезвычайно трудоемко и требует высочайшей точности. Сотрудники РФЯЦ-ВНИИЭФ в Сарове за короткое время освоили технологии изготовления и полировки рентгеновских зеркал, величина микронеровностей на их поверхности не превышает 1 нм (о сложности полировки зеркал можно почитать, например, здесь). По сравнению с российскими рентгеновскими телескопами предыдущего поколения это большой прогресс: чувствительность новых зеркал выше в 40 раз. Но форма самих зеркал отличалась от расчетной, что не позволяло достигнуть требуемых характеристик. Так как сроки поджимали, пришлось обратиться к коллегам в космическом центре им. Маршалла НАСА (Marshall Space Flight Center), у которых большой опыт создания рентгеновских зеркал. Зеркала для летного образца телескопа были изготовлены под руководством сотрудника центра Михаила Губарева. Зеркальные системы, сделанные в Сарове, были установлены на конструкторско-доводочный образец телескопа, который проходил ресурсные испытания.


Зеркало рентгеновской души

Зеркало рентгеновской души

Схема внутреннего устройства телескопа ART-XC. Конусообразный тубус (расширяется в сторону части с детекторами) высотой 3 метра сделан из углепластика, на его переднем конце размещены семь идентичных рентгеновских зеркальных систем длиной 58 см, которые фокусируют излучение на семь идентичных рентгеновских детекторов. Каждый детектор установлен в герметичный корпус с прозрачным для рентгена окном из бериллия. Каждая пара «зеркальная система — детектор» образует телескоп, все семь телескопов смотрят в одном направлении. Рисунок из буклета проекта «Спектр-РГ»


Рентгеновское излучение, сфокусированное зеркальными системами, регистрируется детекторами, разработанными в Отделе астрофизики высоких энергий ИКИ РАН. Детекторы служат для измерения интенсивности и энергии излучения, а также являются позиционно-чувствительными. Такие детекторы позволят ученым получить цветное изображение в рентгеновском диапазоне, подобно матрице цифровой камеры. Но, в отличие от привычных нам кремниевых ПЗС-матриц, чувствительный элемент детектора ART-XC изготовлен из другого полупроводникового материала — теллурида кадмия. Кремний тоже используется для изготовления рентгеновских детекторов, но рассчитанных на низкие энергии (как в телескопе eROSITA). Кремний — легкий элемент, и с ростом энергии излучения его эффективность быстро падает: кремний прозрачен для жесткого рентгена, фотон с энергией выше 10 кэВ пролетает 1 мм кремния насквозь. Кадмий и теллур имеют большие атомные массы, и детектор из теллурида кадмия эффективен для регистрации рентгеновских фотонов, обладающих высокой энергией.


Зеркало рентгеновской души

Полупроводниковый детектор. На кристалл теллурида кадмия нанесены 48 стрипов (тонких электродов), придающих ему золотой цвет. Катоды стрипов состоят из платины, аноды — из алюминия, все покрыты золотом. Две микросхемы нужны для считывания информации с двух сторон детектора. Фото из статьи M. Pavlinsky et al., 2018. On-ground calibration of the ART-XC/SRG mirror system and detector unit at IKI. Part II


В основе детектора лежит плоский кристалл из теллурида кадмия размером 30x30 мм и толщиной 1 мм. На обе стороны кристалла взаимно перпендикулярно нанесены по 48 полосок (электродов). Такая схема носит название двустороннего стрипового детектора. Когда к электродам прикладывается высокое напряжение, в объеме кристалла образуется однородное электрическое поле. Фотон, поглощаясь кристаллом, приводит к ионизации и генерации электронно-дырочных пар, электроны дрейфуют к положительному электроду, дырки — к отрицательному, в результате в цепи протекает электрический ток. Его сила пропорциональна энергии поглощенного рентгеновского фотона, а номера стрипов, через которые протек этот ток, дают информацию о месте поглощения фотона. На основании этого строится изображение.


Зеркало рентгеновской души

Зеркало рентгеновской души

Телескоп ART-XC проходит испытания во ВНИИА им. Н.Л. Духова, 2016 год. Фото с сайта srg.iki.rssi.ru


Главная цель обсерватории «Спектр-РГ» — выполнение рекордного по чувствительности, угловому и энергетическому разрешению обзора всего неба в рентгеновском диапазоне длин волн. Перед ART-XC стоят задачи регистрировать и локализовывать жесткие рентгеновские источники по всему небу. В частности, обнаружить активные ядра галактик; растущие сверхмассивные черные дыры, получить большую выборку аккрецирующих белых карликов в нашей Галактике и измерить их массы и другие характеристики, а также регистрировать транзиентные рентгеновские источники (объекты с переменной яркостью) на небе, среди которых могут оказаться объекты новых типов.

Фото из буклета проекта «Спектр-РГ».

Юлия Михневич

13 июль 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Новый телескоп открыл гигантский глаз

Европейская южная обсерватория представила VLT Survey Telescope — самый крупный телескоп для обзоров неба. Новый телескоп с диаметром зеркала 2,6 м установлен в обсерватории Cerro Paranal в чилийских

Спасти телескоп им. Джеймса Уэбба

Постеры в поддержку строящегося космического телескопа. После того, как в июле конгрессмены пообещали урезать бюджет НАСА, спасение не рядового телескопа становится делом первостепенной важности для

Мауна Кеа. Обсерватории

Телескопы и обсерватории Мауна-Кеа. 20 фотографий с вершины гигантского потухшего вулкана. Вершина потухшего вулкана Мауна-Кеа на Гавайях — настоящая Мекка для астрономов-наблюдателей со всего мира.

Глубокий космос, август 2011 года

Туманности, звездные скопления и далекие галактики: лучшие фото за прошедший месяц. Раз в месяц «Большая Вселенная» собирает актуальные и наиболее удачные фотографии крупнейших обсерваторий и
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Дешевый хостинг: преимущества и недостаткиБокал шампанского на термограмме«Золотой» астероид угрожает мировой экономике, заявили экспертыПросмотр фильмов онлайнНебольшим планетам-океанам пообещали долгую жизнь в обитаемой зонеПрелюдия истинной многоклеточности или ранние эволюционные эксперименты?Как выбрать кондиционер для домаОбыкновенная солнечная рыба