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全天 X 線監視装置 (MAXI)

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 ( M onitor of A ll Sky X -ray I mage). 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

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全天 X 線監視装置 (MAXI)

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Presentation Transcript

  1. 全天X線監視装置(MAXI) 磯部直樹 (ISAS/JAXA) & MAXIミッションチーム

  2. 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。

  3. 進行方向 日本実験棟「きぼう」, JEM (Japan Experiment Module) 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。 • 完成すると、サッカー場程度の大きさになる • 高度 330 ～ 480 km, 軌道傾斜角51.6度, 軌道周期約90分　である。 • 現在 3人の宇宙飛行士が滞在している

  4. 与圧部 MAXI SMILES (P1-77,P1-78) 曝露部 日本実験棟「きぼう」(JEM)

  5. 曝露部 77 cm • 電気 • 通信 • 冷媒 80 cm Solid-State Slit Camera (SSC) 185 cm Gas Slit Camera (GSC) 全重量　約 500 kg MAXIの構造

  6. 天頂視野 天頂 スリット 進行方向 地球 前方視野 1次元位置検出器 X線源の位置検出原理 コリメータ

  7. 105 104 RXTE ASM 103 1周回 天体のX線強度　[mCrab] 天体のX線強度　[mCrab] 1日 102 1周回 1週間 101 1週間 1 0 100 200 天体までの距離 [light year] 時間 [ days ] MAXIの感度 X線新星出現 ! • 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。 (Tanaka et al. より)

  8. MAXIによる観測のシミュレーション（5ヶ月分の観測）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

  9. 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)

  10. Position Measure : PM = Pulse Height : PH = L + R L – R L + R 358 mm 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 IIWXM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

  11. 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。

  12. 動作電圧 X線照射位置 [mm] 1 mm 位置分解能　[mm] 残差 [mm] Position Measure PM 芯線印加電圧 L – R L + R Position Measure : PM = GSC FM 比例計数管の 特性 1650 V 位置決定制度 0.1 deg には、 位置分解能 1 mmが必要。

  13. GSC FM 比例計数管の 特性 ゲインマップ 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 5 % 程度のばらつきで一様

  14. -1.5 1.5 角度 q [deg] 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

  15. 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

  16. 30 cm Peltier スリット Solid-state Slit Camera(SSC) カメラボディの概観 CCD Chip 24 cm (1024 pixel) 可視光を防ぐため、 表面はアルミコーティング (2000 Å)

  17. 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。　

  18. V-Ka 4.95220 Ti-Ka 4.51084 Cl-Ka 2.62239 Al-Ka 1.4876 Fe-Ka 6.4038 Zn-Ka 8.63886 Cl-Kb 2.8156 V-Kb 5.42729 Ni-Ka 7.47815 Ti-Kb 4.913181 Fe-Kb 7.05798 Zn-Kb 9.5720 Ni-Kb 8.26466 Cr-Ka 5.41472 Cr-Kb 5.9467 SSC EMの特性 DE = 145 eV その他、FM素子などは上山 et al. によるポスター(P1-69)

  19. Honeycomb panels Radiator Evaporator LHP Evaporator Accumulator CCD CondenserLines Peltier device 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 • 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)

  20. 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。

  21. 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...

  22. 予備

  23. GSC の 特性

  24. 入射窓 入射窓からの深さ ゲイン GSC の 特性 芯線

  25. データ中継衛星 (こだま)

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