[論文レビュー] Indian Payloads (RT-2 Experiment) Onboard CORONAS-PHOTON Mission

Anuj Nandi, A. R. Rao+8 more|ArXiv.org|Dec 21, 2009

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 2被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、CORONAS-PHOTONミッションの搭載機器であるインド・ロシア共同の低エネルギーガンマ線計測機器RT-2実験の飛行時性能および初期科学的結果を提示する。RT-2は、2つのフィスウィッチシンチレーター（RT-2/S、RT-2/G）とCZTベースの固体ステートイメージャー（RT-2/CZT）の3つの検出器から構成され、15 keV〜1 MeVのエネルギー範囲で太陽フレアおよびガンマ線バースト（GRB）を検出可能であり、エネルギー分解能はそれぞれ18%および8%である。1秒間隔の時間分解能でGRB 090618を正常に検出した。

ABSTRACT

RT-2 Experiment (RT - Roentgen Telescope) is a low energy gamma-ray instrument which is designed and developed as a part of Indo-Russian collaborative project of CORONAS-PHOTON Mission to study the Solar flares in wide energy band of electromagnetic spectrum ranging from UV to high-energy gamma-rays (~2000 MeV). RT-2 instruments will cover the energy range of 15 keV to 150 keV extendable up to ~1 MeV. It consists of three detectors (two Phoswich detectors, namely, RT-2/S, RT-2/G and one solid-state imaging detector RT-2/CZT) and one processing electronic device (RT-2/E). Both Phoswich detectors will have time resolved spectrum, whereas the solid-state imaging detector will have high resolved image of the solar flares in hard X-rays. We have used Co-57 (122 keV) radio-active source for onboard calibration of all three detectors. In this paper, we briefly discuss the in-flight performance of RT-2 instruments and present initial flight data from the instruments. This mission was launched into polar LEO (Low Earth Orbit) (~550 km) on 30th January 2009 from Plesetsk Cosmodrome, Russia.

研究の動機と目的

• 低エネルギーガンマ線計測機器を用いて、紫外線から高エネルギーガンマ線にまで及ぶ広帯域の太陽フレアを研究すること。
• 太陽フレアの時間分解スペクトロスコピーおよびハードX線イメージングが可能なマルチ検出器システムの開発および打ち上げを行うこと。
• 機器搭載時のキャリブレーション源およびシャドウモードデータを用いて、RT-2検出器の軌道上での性能を検証すること。
• ガンマ線バースト（GRB）を含む一時的高エネルギー現象を検出・特徴付けること。
• 低地球極軌道上での太陽フレアモニタリングに、高スペクトルおよび高時間分解能を達成すること。

提案手法

• RT-2実験は、2つのフィスウィッチシンチレーター（RT-2/SおよびRT-2/G）と、CZTベースの固体ステートイメージング検出器（RT-2/CZT）の3つの主要検出器を用いる。RT-2/SおよびRT-2/GはNaI(Tl)/CsI(Na)結晶をパルス増幅管（PMT）で観測する。RT-2/CZTは256ピクセルアレイを有する。
• フィスウィッチ検出器は、26および28チャンネルでのパルス波形分離（PSD）を用い、NaIおよびCsIの信号を分離し、15 keV〜1 MeVのエネルギースペクトル測定を可能にする。
• RT-2/CZT検出器は、3つのCZTモジュール（2.5 mm × 2.5 mmピクセル）とCMOS検出器（50 μmピクセル）を備え、符号化アパーチャーおよびフレネルゾーンプレートコリメーターを用いてハードX線イメージングを実現する。
• すべての検出器は、コリメーターのスラット内に埋め込まれたCo-57源（122 keV）を用いて軌道上キャリブレーションを実施し、1661軌道にわたってエネルギーおよび時間応答が検証された。
• データはRT-2/E電子ユニットで処理され、10 MBのメモリに記録され、地上局通信により1日2回ダウンリンクされた。
• 機器の健全性および性能は、太陽が見えない「シャドウモード」中に収集された温度プロファイルおよびバックグラウンドデータを用いて監視された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RT-2のフィスウィッチおよび固体ステート検出器は、太陽フレア観測における低地球極軌道環境でどのように性能を発揮するか？
• RQ2 RT-2機器は、GRB 090618のようなガンマ線バーストの時間的・スペクトル的特徴を検出・解明できるか？
• RQ3 CZTベースのイメージング検出器（RT-2/CZT）は、軌道上運用中にエネルギー分解能およびスペクトル安定性をどのように維持しているか？
• RQ4 15–150 keV範囲で、フィスウィッチ検出器におけるパルス波形分離は、NaIおよびCsI信号の分離にどの程度効果的か？
• RQ5 CZTモジュールにおけるピクセルノイズの原因は何か？また、それはイメージング性能およびバックグラウンドしきい値キャリブレーションにどのように影響を及ぼすか？

主な発見

• RT-2/SおよびRT-2/Gのフィスウィッチ検出器は、それぞれ1秒および100ミリ秒の時間分解能を達成し、時間分解スペクトロスコピーを実現した。また、安定したパルス波形分離が確認された。
• RT-2/CZT検出器は、Co-57キャリブレーションピーク（122 keV）で5.6%のエネルギー分解能を達成した。他のモジュールでは、124 keVおよび127 keVでそれぞれ5.97%および7.32%の分解能を示した。
• CZT2モジュールは、122 keVのCo-57キャリブレーションピークを高い安定性で検出しており、軌道上キャリブレーションの正確性および検出器の機能性を裏付けた。
• RT-2機器は、1秒間隔の時間分解能光曲線を用いてGRB 090618を検出。SWIFT、KONUS-RF、Fermiの観測と整合する複数ピークプロファイルを示した。
• 40 keV未満のバックグラウンドスペクトルは、すべてのCZTモジュールでノイズが支配的であり、40 keVでのしきい値調整後も一部のノイズピクセルが残存していた。
• 軌道上での温度変動は安全な運用範囲内に収まっており、RT-2/SおよびRT-2/Gでは18–25 °C、RT-2/CZTでは2–11 °Cの範囲に収まった。これは、安定した熱的性能を示している。