'ПИНГВИН-М' — Поляриметр жесткого рентгеновского излучения.

Предназначенный для исследования спектров и линейной поляризации рентгеновского и гамма-излучения солнечных вспышек, размещенный на космическом аппарате КОРОНАС-ФОТОН. Прибор был выведен на орбиту Земли в составе КА 30 января 2009 года и впервые включен 19 февраля 2009 года.

Разработчики

• Институт астрофизики МИФИ
  • Научный руководитель — Ю. Д. Котов.
• Физико-технический Институт им. А. Ф. Иоффе РАН
  • Научный руководитель — В. А. Дергачев.

Научные задачи эксперимента

• Исследование процессов накопления магнитной энергии и ее трансформации в энергию ускоренных частиц и излучений во время солнечных вспышек.
• Изучение динамики процессов энерговыделения в слабых вспышках.

Цели эксперимента

• Измерение параметров линейной поляризации жесткого рентгеновского излучения солнечных вспышек в энергетическом диапазоне 20 — 150 кэВ.
• Рентгеновская и гамма — спектроскопия солнечных вспышек в энергетическом диапазоне 15 кэВ — 5 МэВ.
• Мониторинг мягкого рентгеновского излучения Солнца в энергетическом диапазоне от 2 — 10 кэВ.

Основные характеристики

Физическая схема, состав и характеристики детекторов прибора 'ПИНГВИН-М' позволяют исследовать следующие параметры жесткого электромагнитного излучения солнечных вспышек:

1. Степень линейной поляризации жесткого рентгеновского излучения в диапазоне энергий 20 — 150 кэВ; 2. Спектры жесткого рентгеновского и гамма-излучения в диапазонах энергий: а) 20 кэВ — 5 МэВ. б) 15 — 150 кэВ. 3. Спектры мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий 2 — 10 кэВ, в том числе в слабых вспышках и на предвспышечной стадии. Прибор работает в 2-х режимах: 'ПАТРУЛЬ' и 'ВСПЛЕСК'.

Состав

Блок детекторов 'ПИНГВИН-МД' совместно с блоком 'ПИНГВИН-МЭ' составляют научную аппаратуру 'ПИНГВИН-М'. Блок ПМД разрабатывается и изготавливается Физико-техническим институтом им. А. Ф. Иоффе РАН, блок ПМЭ — Московским государственным инженерно-физическим институтом.

Блок ПМД создан на основе сцинтилляционных и пропорциональных счетчиков и предназначен для регистрации спектральных и поляризационных характеристик рентгеновского и гамма-излучения солнечных вспышек. Помимо детекторов излучения блок ПМД содержит активную защиту от фона заряженных частиц, системы полетной калибровки и автостабилизации усиления детекторов, а также электронные схемы, осуществляющие обработку и анализ регистрируемых импульсов и промежуточное накопление и хранение полученной информации. Связь блока ПМД с бортовыми системами КА и с системой сбора и регистрации научной информации осуществляется через блок 'ПИНГВИН-МЭ'.

Принцип работы

Измерение характеристик излучения

Линейная поляризация. Степень линейной поляризация и позиционный угол плоскости поляризации жесткого рентгеновского излучения измеряются по асимметрии комптоновского рассеяния в случае поляризации падающего потока. Для этого в составе научной аппаратуры имеются детекторы на основе паратерфенила, в которых регистрируются электроны отдачи при комптоновском рассеянии, а также набор пространственно ориентированных детекторов из CsI для регистрации рассеянного излучения. Для регистрации комптоновского рассеяния используется метод совпадений.

Спектры жесткого рентгеновского и гамма-излучения. В диапазоне энергий 20 кэВ — 5 МэВ регистрируется излучение, падающее на верхние торцевые поверхности детекторов рассеянного излучения.

В энергетическом диапазоне 15 — 150 кэВ регистрируется излучение, падающее на детектор-рассеиватель.

Спектры мягкого рентгеновского излучения. Для исследования мягкого рентгеновского излучения вспышек используются пропорциональные счетчики с соответствующими электронными анализаторами.

Спектр мягкого рентгеновского излучения — 32 канала в интервале энергий 2 — 20 кэВ. Ширина канала вблизи нижнего энергетического порога около 0,2 кэВ; с ростом энергии квантов ширина каналов увеличивается примерно до 2 кэВ.

Регистрация излучения производится двумя взаимозаменяемыми пропорциональными счетчиками с бериллиевыми входными окнами и наполнением чистым ксеноном. Счетчики имеют по 4 секции, расположенные друг под другом. Верхняя предназначена для регистрации малых потоков излучения. При больших потоках излучения основной становится вторая, регистрирующая ослабленное за счет поглощения излучение. Ниже расположены калибровочная и фоновая секции.

Один из детекторов работает в патрульном режиме, второй находится в 'холодном резерве'.

С целью защиты детекторов от фона заряженных частиц и повышения стабильности работы детекторов используются верхний и нижний антиэкранные детекторы с ФЭУ. Каждый из детекторов рассеянного излучения состоит из двух сложенных вместе пластин, просматриваемых одним ФЭУ. Внутренняя пластина представляет собой сцинтилляционный детектор на основе CsI, а внешняя пластина является боковым защитным детектором из сцинтилляционной пластмассы, значительно снижающим фон от заряженных частиц при использовании метода антисовпадений. Эффективность регистрации фона всеми антиэкранами — не хуже 0,999.

В научной аппаратуре 'ПИНГВИН-М' имеется система стабилизации чувствительности детекторов, что позволяет поддерживать стабильность на уровне 1 %.

Схема детекторов блока 'ПИНГВИН-МД'

В состав детекторной части блока входят следующие основные элементы :

1. Детектор-рассеиватель жесткого рентгеновского излучения, представляющий собой сборку в виде плоского диска из 4-х секторов — кристаллов паратерфенила с приклеенными к ним снизу фотоэлектронными умножителями. На ФЭУ закреплены делители напряжения, предусилители и источники высоковольтного питания. Эти элементы на схеме блока детекторов не показаны. Сборки ФЭУ идентичны для всех 13-ти сцинтилляционных детекторов блока, и поэтому далее будет указываться только ФЭУ.
2. Шесть детекторов рассеянного и прямого рентгеновского и гамма-излучения, собранных в правильный шестигранник, устанавливаемый вокруг рассеивателя. Каждый из детекторов содержит кристалл CsI, защиту от фона заряженных частиц по схеме 'фосвич' и сборку ФЭУ.
3. Верхний антиэкранный детектор в виде диска из пластического сцинтиллятора с присоединенным к нему ФЭУ. Верхний антиэкранный детектор расположен над детектором-рассеивателем и детекторами рассеянного излучения.
4. Нижний антиэкранный детектор в виде стакана из пластического сцинтиллятора, охватывающий детектор-рассеиватель снизу и по боковой поверхности. На нижнем антиэкране устанавливаются два ФЭУ.
5. Две сборки детекторов мягкого рентгеновского излучения, в состав которых входят пропорциональные счетчики, ПУ и ИВП и блок аналого-цифровой обработки сигналов.