Рентгеновский спектрометр Советский патент 1983 года по МПК G01T1/36 H01J49/44 

1 Изобретение oTHocMTtfl к области внеатмосферной астрономии, изучающей переменные рентгеновские объек ты, Известны устройства на основе пропорциональных счетчиков, поле зрения которых ограничено механи ческим коллиматором, позволяющие регистрировать и локализовать переменное рентгеновское излучение а диапазоне энергии 2-25 кэВ (всплеск пульсары) в режиме наведения с точ ностью, не лучшей поля зрения коллиматора т. Недостатком известных устройств на основе пропорциональных счетчиков является невозможность локализовать в режиме наведения рентгенов ский объект, генерирующий излучение, интенсивность, которого изменяется во времени с точностью большей, чем поле зрения коллиматора. Известно устройство на .основе кристаллических детекторов Na3{TE), регистрирующее и локализующее д- всплески рентгеновского излучения С Каждый из детекторов имеет анизо тропную угловую чувствительность, являющуюся функцией угла падения 8 плоского потока рентгеновского излучения на детектор. S аппаратуре имеется 6 детекторов, оси которых направлены по положительным и отрицательным направл ниям декартовой системы координат. Отдельный детектор представляет собой кристалл Na3(ТЕ) диаметром 80 и высотой 30 мм. Боковая и задня поверхность кристалла экранированы. Недостатками прибора являются невозможность регистрировать рентгеновские пульсары в области энерги 2-20 эВ и невозможность лскализо-вать рентгеновские пульсары, т.е; о ределять их координаты. Известно устройство рентгеновско го спектрометра f3 J. 3 качестве детекторов используют ся шесть многопроволочных пропорцио нальных счетчиков. Особенностью этого устройства яв ляется применение коллиматора двойного зрения, что позволяет однознач но определить собственный фон и исследовать диффузный фон космического рентгеновского излучения. i Общим недостатком описанных выше приборов является невозможность одновременной локализации а поле зрения прибора нескольких переменных рентгеновских источников. Известно устройство, являющееся наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству, состоящее из блоков пропорциональных с счетчиков с коллиматорами, имеющих шестигранную или щелевую форму ячеек ги. Комплекс включает в себя семь однотипных устройств детектирования. Каждое устройство содержить семь пропорциональных счетчиков, поле зрения каждого из которых ограничено сотовым коллиматором с квадратной формой ячеек с полем зрения полувысоте. . В этом устройстве детекторы устанавливаются на плите таким образом, что оси коллиматоров всех счетчиков параллельну. Наиболее существенными недостатками устройства, принятого за прототип, являются недостаточно высокое угловое разрешение при невозможно- сти одновременного наблюдения нескольких переменных рентгеновских источников космического происхождения. Это обусловлено тем что детекторная часть прибора размещена в одной плоскости. Цель изобретения - повышение углового разрешения при однЬаременном наблюдении нескольких переменных и периодических источников космического происхождения и локализации их положения. Указанная цель достигается тем, что в рентгеновском спектрометре, состоящем из блоков пропорциональных счетчиков с коллиматорами, имеющими квадратную форму ячеек, по крайней мере четыре блока пропорциональных счетчиков оси которых расположены под углами }oLI,ljbl k5 orносительно общей оси системы, составляя пространственный квадрат. Сущность изобретения состоит в том, что рентгеновский спектрометр, состоящий из четырех блоков пропорциональных счетчиков, имеющих широкое поле зрения tot-i, (Ь (ширине н полувысоте), смещенных на УГОЛ. + -2. ft -- относительно общей оси системы. 3 составляющий пространственный квадрат, позволяет одноверменно исследовать несколько переменных рентгеновских источников в квадрате общего наблюдения и локализовать их положение с точностью, зависящей от статистической достоверности наблюдений. В области общего зрения для четырех блоков детекторов скорость счета рентгеновских квантов и каждом из детекторов зависит от угла прихода потока рентгейовского излуч ния относительно общей оси симметрии. Для этой области имеется харак терное отношение скоростей счета в каждом из блоков детекторов для потока рентгеновских квантов, пришедших под углом 15 I относительно . Использование этого отношения позволяет уточнить кординату d 9 области (-, ). Аналогичным образом по другой паре блоков уточняется координата р, . Таким образом, в поле общего зре ния четырех блоков, ограниченных координатами , Q-&- можно локали зовать рентгеновский переменный источник с точностью, превосходящей поле зрения каждого из детекторов и зависящей от чувствительности детекторов. Если рентгеновский источник пери / ический, то одновременно можно определять период и локализовать несколько периодических источ НИКОВ в поле зрения На фиг. 1 дана схема размещения датчиков; на фиг. 2 - поле зрения системы- четырех детекторов предлага емого устройства и зависимость эффективной площади от угла падения рентгеновского излучения; на фиг.Ззависимость скорости счета рентгено ских импульсов в двух детекторах предлагаемого устройства; на фиг.расчетная зависимость минимального среднего потока переменного рентгеновского излучения, регистрируемого парой детекторов в интервале энергии 2-20 кэВ, от времени наблюдения для пульсаров (нижняя кривая) и для вспыхивающих и транзиентных источников (верхняя кривая); на фиг. 5 зависимость максимальной среднеквадратичной ошибки в определении угловой координаты положения рентге новских пульсаров от времени наблюдения. 4 Для предлагаемого устройства схема размещения датчиков дана на фиг.1.. Для ограничения поля зрения пропорциональных счетчиков используется коллиматор с ячейкой 20-20 по основанию, который жестко связан со счетчиком, причем стенки коллиматора перпендикулярны чувствительной поверхности счетчиков. Оси детекторов разведены на 5 во взаимно перпендикулярном направлении относительно общей оси системы четырех детекторов. Таким образом, общее поле зрения выделяет на небесной сфере квадрат 10-Ю, показанной на фиг. 5. Именно в этой области прибор обладает способностью точнои локализации и может одновременно анализировать несколько периодических рентгеновских источников. Для предлагаемого устройства зависимость числа импульсов N на выходе детектора от интенсивности рентгеновского источника 3(ЕХ эффективной площади ) (е,(Ь) . эффективности регистрации (;), ширины энергетического канала 4Е и времени наблюдения 4t может быть записана в виде (E) (Е) S(ot,p)4E Л1 Зависимость эффективной площади от угла падения рентгеновского излучения для двух детекторов в плоскости, проходящей через оси двух коллиматоров имеет форму трапеции (фиг. 2} и форму треугольника в ортогональной к ней плоскости. Если изменение потока рентгеновского излучения зарегистрировано во всех четырех детекторах, т.е. излучение пришло из области d.l 5 и |рК5°, то для локализации источника рентгеновского излучения могут быть использовань соотношения N.,f N 2 sin() sin(5°-/i) N4(-N-t 5in() sin(5«-o) как однозначные функции углов /3 и ot (фиг. 3), где N. - количество импульсов на выходе i-ro () детектора за время наблюдения. Для локализации периодически пульсирующих рентгеновских источников используются математические методы выделения периодических сигналов, определяется амплитуда в каждом из S9 детекторов. Это дает возможность по отношанию значений амплитуд по вы шеприведенным формулам найти углы oL и / , что позволит локализовать рентгеновский периодический источник На фиг. приведена расчетная зависимость минимального среднего потока переменного рентгеновского излучения, регистрируемого парой детектрров в интервале энергии 2-20 кэ от времени наблюдения для пульсаров (нижняя кривая) и для вспыхивающих и транзитных источников (верхняя кривая).На фиг. 5 приведена зависимость максимальной среднеквадратической ошибки в определении угловой координаты положения рентгеновских пульсаров О1 времени наблюдения. Использование предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом позволяет повысить угловое разрешение рентгеновского спектрометра приблизительно в 30 раз при одновременном наблюдении нескольких переменных рентгеновских источников космического происхождения, что, в свою очередь, позволяет повысить эффективность эксперимента, то есть сделать больше наюлюдений за единицу времен и.

(риг.1

/УЛ/t j

w

9 8 7

6 S

J / /

JL

д ю // / fff

г 4 б

фуе.З

V.

II

s$

Ш

fe

§:|v «

йО (Zpffff} /fff Ш me фуг. /ffm