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空间X射线探测器 王焕玉马宇倩张承模徐玉朋沈培若 赵敏李毅林宝军吴枚张俊逸彭钦增 高能物理所 x射线探测器是921航天工程应用系统中空间天文的主体部分。本文描述了它的物理目标、 系统构成、工作原理及其主要性能。 关键词：空间x射线探测器 -■-‘．-一 一．刚舌 凡类随着科学、技术进步．使活动空间越来越大，科学研究的范围由脚下的地球扩展到数亿光年 以外的外层空间。人们关心着不仅是风雪和地震产生的危害．还寄希望于}：；学家能告诉他们太 阳活动会对地球产生何种影响?9}层空间的星体爆炸对人类产生名大灾难等等。然而．科学冢 们对外层空间的认识才刚刚开始。宇航事业及近地空间的开发给人类研究天文学、日地物理、 太阳物理、空间环境创造了有利的条件和良好的机遇，为x射线至高能Y射线的宽波段研究开 辟了广阔的前景。 X／Y天文学已成为目前国内外天体物理界的热点课题．因为xn’射线的研究直接关系着． 天文学、宇宙学、粒子物理学等许多学}：}的重大问题。就高能天体物理研究而言．通过空间x Y射线观测研究对认知广义相对论下的吸积盘结构、星系核快速光变、高速脉冲星：深入兮析 、暴的形态产生机制、演化过程有着重要意义。921工程空间}：}学与应用系统的空闻x射线探 测器正是瞄准这一重要科学目标而设计的。它依托神舟号飞船的留轨舱．装在附加段正上方． 背对地球之指向。通过对X／Y射线宽波段观测，从中获得相关的重要信息，从观测现象和统计 分布中推断xY射线暴的起源和爆发机制、研究X／Y能谱特征和时间结构性质。 二．探测器的系统结构及其原理 如图】所示x射线探测器系统由低能和高能探头、数据获取与系统电路数据管理与通讯 电路以及计数器电路数采、数管软件等几部分组成。 2．1探头的构成 探头部分主墨由入射茁、闪烁晶体、光电倍增管等几部分组成。由于本探测器系统是工作 在外层空间高真空、强辐射、温度聚冷暴热的特殊环境下，飞船发射时的瞬时冲击和强烈震动 等复杂因素都可能对探测器的性能受到威胁，尤其是安装在无任何特殊防护措施的轨道附加段， 其工作环境之恶劣可想而知。因此．对探头闪烁晶体、光电倍增管、耦台方式以及减震方式而 选取都至关重要。 考虑有效载荷重量受到约束．探头设计从提高探测器的探测效率和能量分辨率出发．结构 上以紧凑、可靠为原则，力求达到有较高的性能。 低能和高能两个探头均采用旗化钠【Nal(T1))闪烁晶体作为探测主体，它们的尺寸舒别 物质密度较大．对X／y射线有较大阻止本领+具有较高的量子效率，荧光衰减常数(230ns)相 5℃时变化不到1：{％，较为稳定，但缺点是 对较小。另外，对光输出而言，温度范围-10…I 易潮解，好在其设计寿命为6个月的空间探测器，此缺点的影响因素也就不干考虑。 鞭瓣鬟；慧露爨黎黧黧豁；篱 ㈠熬统一㈣‰I ，曩；露懑誊赫“”。2罄囊…i；曩，藿 i ，+：s ：{ 。i’。”‘…㈧鞠二7一、。… I 教据采集系统 匿羹l 数据采集茸 统 l固自面] 睦；翻厨百iir 鬻麓i纂黼麟i戮橐蘩 i||}||||{||li雪管数据管理与传输系统《；i 鋈霪嚣鞠啊丽订 匪；i I- 公用系统1553B总线 图1 x射线探测器系统 选用0．5m厚的炭纤维顿片作为入射窗。炭纤维板具有较好的气密性．较低的物质密麾，较高 的透过率。它对大于lOkeV能量的入射事例好于9姚．几乎透明。 为丁与碘化钠晶傅有良好匹配．保证探头的可靠性．选用瞰MA^