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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
■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
■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
芯線6本
236mm
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
・エネルギーと波高値の関係が非線形
・Xe-L殻での不連続性
<図:GSCの形状>
地上でエネルギーと波高値の較正
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
■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?
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。
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)
PH
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
PHlow
PHhigh
4.78keV
Energy
(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
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
分光X線
（単色X線）
θ
X線発生装置
θ
ダイレクトX線
（白色X線）
nhc
E
2d sin 
第一結晶
λ ：波長
ｈ
E ：エネルギーｃ
ｄ：格子定数
ｎ
θ ：ブラッグ角
■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)
：プランク定数
：光速
：次数
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
40(eV)
GSPC (Tenma)
Xe(88%),He(12%)
20℃ at 1.2atm
GIS(ASCA)
Xe(96%),He(4%)
0℃
MECS (BeppoSax)
Xe(100%)
25℃ at 1.0atm
HPGSPC (BeppoSax) Xe(94%),C02(5%),He(1%)
50～70(eV)
50(eV)
5.0atm
110±15(eV)
110(eV)
ピークをgaussianでfitし、1σで評価
(1,1,1)
(3,3,3)
5.65keV 14.4keV
4.8keV
1.9776
sin  
E
Xe-L3殻吸収端の不連続性が
dominant
16.95keV
5. 実験のSet up
dE/E = dθcotθ
0℃ at 1.86atm
■印加電圧1400Vで測定
Si（111）結晶
2d sin ＝n
Ar(75%),Xe(20%),
CO2(5%)
６８ｍｍ
第二結晶
第二結晶
ブラッグの反射条件
LAC (GINGA)
6.Results
4. 2結晶分光器の分光原理
第一結晶
8.05keV
17.48keV
<分光X線のresolving power>
■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:Xe-L3殻吸収端(4.782keV)
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。
※Resolving power
[email protected]
Mo-kα1(17.48keV)
Mo-kα2(17.37keV)
図:Xe-L2殻吸収端(5.104keV)
図: (3,3,3)面の回折曲線
※400pulse=１°
図:Xe-L1殻吸収端(5.453keV)
PHlow=a1 + b1E (4.70keV～4.78keVで評価)
PHhigh=a2+b2E (5.51keV～5.65keVで評価)
Xe  Ltotal edge 
PHlow (4.782keV )  PHhigh (4.782keV )
17.2cm
3×10mm
全面にアルミ＋鉛
PHlow (4.782keV )  offset
 4.7821000(eV )
■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
Astronomical society of Japan at March 28th in 2006

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