Xe-L3殻吸収端の不連続性がdominant

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1 Xe-L3殻吸収端の不連続性がdominant
2結晶分光器を用いた全天X線監視装置MAXI/GSCの封入ガス、Xe-L殻吸収端の不連続性の追究 宮川雄大、吉田篤正、山岡和貴、杉田聡司、斎藤浩二、伊藤悠太(青学大)、三原建弘、磯部直樹、小浜光洋(理研)、宮本将雄(東理大・院)、藤井佑一、中島基樹(日大・院)、松岡勝、富田洋、森井幹雄(ISAS/JAXA）、河合誠之、田中識史(東工大)、根来均(日大) abstract 全天X線監視装置MAXIはISS内部の日本実験モジュールに塔載予定である。全天X 線モニターとして過去最高の感度を誇り、活動銀河核の動的変動や突発的現象の観測等を目的としている。 MAXIには一次元位置感応型ガス比例計数管(PSPC)を検出器として使用するGas Slit Camera(GSC)が塔載され、総有効面積が12台で約5340cm2、2～30keVのエネルギー帯域を持つのが特徴である。 GSCでは位置分解能を優先するためにPSPCに高い印加電圧をかける予定である。その結果、入射X線エネルギーに対し出力波高値が若干非線形となる。このため我々は、入射X線エネルギーと波高値の関係の較正実験を行っている。 2～22keVの蛍光X線を用い、2006年3月までに全16台のうち15台の較正実験が完了した。 ここで、封入XeガスのL殻吸収端におけるゲインの不連続性が重要となる。 L殻吸収端ではM殻とL殻のbinding energyが異なるために生成される一次電子数に不連続が生じゲインが変わる。これまでの測定で、Xe-L殻吸収端の不連続性は200±50eVという結果を得ていたが、この値は他のガス比例計数管と比べて～2倍程大きな値として見積もられた。この領域のエネルギー・ゲイン特性を定量的に評価する事は、精度の高い応答関数を構築するために重要である。従って、詳細に評価するために任意のエネルギーで単色のX線を取り出すシステムが必要と考えた。そこで、結晶のブラッグ反射を利用して単色なX線を作り出す X線光学素子である２結晶分光器を用い、Xe-L殻吸収端の不連続性をより詳細に評価した結果、Xe-L殻吸収端の不連続性を99±15eVという値で評価できた。これは過去の検出器と矛盾の無い値となっている。 1.Introduction 3.Motivation 358mm 236mm ■GSC12台をMAXIに搭載 ■16台の較正実験(うち4台はスペア) ■現在までに、FM014を除く15台の 較正実験が完了 ■15台の較正実験によるXe-L殻吸収端の評価→200±50eV　過去の検出器より高い!! ■電圧を高くする→吸収端の値が若干変化 ■HETE2搭載WXM(ガス比例計数管)で2結晶分光器を 用いて調べた結果、Xe-L3殻吸収端の不連続性が約70eV ■カウンターの桟がTi合金→Tiの蛍光X線(kα:4.51keV) による影響? ■GSC(Gas Slit Camera)の特徴 ・2～30keVのエネルギー領域に感度 ・X線を入射出来る有効面積 ⇒過去最大の約5340cm2 ・一次元位置感応型ガス比例計数管 ・カーボン芯線(10μm) ・封入ガス:Xe99%、C021% ・電荷分割方式 C0 C1 C2 C3 C4 C5 MAXIは位置分解能を優先 するため、印加電圧を高くして動作 芯線6本 ・エネルギーと波高値の関係が非線形 <図:GSCの形状> ・Xe-L殻での不連続性 地上でエネルギーと波高値の較正 吸収端の前後で、より細かい ステップで単色のエネルギーを 照射したい。 8.05keV 2.これまでのGSC14台のEnergy calibration&吸収端における不連続性の評価 2.31～22.16keVに渡って特性X線をGSCに照射。全てのカウンターで出力波高値に対し、残差が約±0.6%以内で スペクトルをモデルで再現できている。各測定毎に14(台)×6(芯線)=84(点)のデータがプロット。 4.51keV 図:Cu(赤)とTi(黒)のスペクトル。 Cuを測定した際にも、Tiによる ピークの成分が現れている。 V(4.95keV) 1400V 1400V <1400V> ～190eV Ti(4.51keV) Energy PH 4.78keV PHlow PHhigh 2結晶分光器による、より詳細な Xe-L殻吸収端の不連続性の評価 (参考)今までのガス検出器の吸収端における不連続性 1650V 1650V LAC (GINGA)　 Ar(75%),Xe(20%), CO2(5%) 0℃ at 1.86atm 　　70(eV) WFC (BeppoSAX) Xe(94%),C02(5%),He(1%) 2.2atm 　　65(eV) PCA (RXTE) Xe(90%),CH4(10%) 22℃ at 1.1atm 　　40(eV) GSPC　(EXOSAT) Xe(95%),He(5%) 1.0atm GSPC (Tenma) Xe(88%),He(12%) 20℃ at 1.2atm　 50～70(eV) GIS(ASCA) Xe(96%),He(4%) 0℃ 　　50(eV) MECS (BeppoSax) Xe(100%) 25℃ at 1.0atm 110±15(eV) HPGSPC (BeppoSax) 5.0atm 　110(eV) 2.31keV～22.16keVまで 全13種類の特性X線を照射 <1650V> ～240eV 任意のエネルギー を照射できない 図:E-PHの分布右が芯線上、 左が芯線上から9.4mm離れた地点で照射 図:吸収端における不連続性の分布 6.Results 4.　2結晶分光器の分光原理 Si（111）結晶 第一結晶 第二結晶 ６８ｍｍ 第一結晶 θ ダイレクトX線 （白色X線） 分光X線 （単色X線） X線発生装置 第二結晶 ピークをgaussianでfitし、1σで評価 ■印加電圧1400Vで測定 (1,1,1) (3,3,3) 5.65keV 14.4keV ■各面における分光エネルギー範囲 ・(1,1,1) d=3.13Å(2.80～22.6keV) ブラッグの反射条件 4.8keV λ　：　波長 E　　：　エネルギー ｄ　 ：　格子定数 θ　：　ブラッグ角 ｈ　　：　プランク定数 ｃ　　：　光速 ｎ　　：　次数 Xe-L3殻吸収端の不連続性がdominant 16.95keV 5. 実験のSet up 17.48keV dE/E = dθcotθ <分光X線のresolving power> 図:Xe-L3殻吸収端(4.782keV) ■実際に測定されるエネルギー分散 結晶に入射するビームの角度発散Ωと、結晶そのものが有する 回折幅ωのコンボリュージョンで決定　 図:2結晶分光器で得られた4.8keV(黒)と5.65keV(赤)のスペクトル。 dE/E=cotθ(Ω2+ω2)0.5 このシステムでは、ω/Ω～10-3　→エネルギー分散に対し ビームの発散角が支配的 X線ジェネレーターの設定 ◇20kV、50mA ■電圧を低くすることにより、(3,3,3)面 からの高次光のもれ込みを抑える。 ■電流値を最大値にすることで、 (1,1,1)面に効率よくカウント数をためる。 Mo-kα1(17.48keV) Mo-kα2(17.37keV) 図:Xe-L2殻吸収端(5.104keV) 図:Xe-L1殻吸収端(5.453keV) PHlow=a1 + b1E (4.70keV～4.78keVで評価) (5.51keV～5.65keVで評価) PHhigh=a2+b2E ※Resolving power 図: (3,3,3)面の回折曲線 　※400pulse=１° 17.2cm ■XeのL1L2L3殻を含めた不連続性は99±15[eV](errorはresolving powerに よるEの分散も考慮) ■過去の比例計数管、蛍光ガス比例計数管の測定結果とほぼconsistent 3×10mm 全面にアルミ＋鉛 Astronomical society of Japan at March 28th in 2006