空间天文探测技术

绪论

https://heasarc.gsfc.nasa.gov

X/γ射线空间探测技术

高能光子与物质相互作用

光电效应：光致电离

X射线使内层电子电离几率更大，外层电子落回内层（特征X射线、荧光X射线），特征X射线再使其他外层电子电离（俄歇电子）

作用截面 $\sigma \propto \frac{Z^n}{E^3}$

康普顿散射

康普顿波长 ${\lambda }_c=\frac{h}{m_{e}c}=2.43\times {10}^{-12}m$

$\sigma \propto \frac{Z}{E}(\ln \frac{2E}{m_e{c}^2}+\frac{1}{2})$

电子对产生

$E_{\gamma }>2m_e{c}^2=1.022MeV$

$\sigma \propto Z^{2}P(E,Z)$

高能光子的传统探测器

探测高能光子

每个光子：到达时间、能量、位置（方向）、偏振（传统无法观测）

准直器

视场 $\theta =2{\tan }^{-1}\left(\frac{d}{D}\right)$

网格化 保证有效面积同时减小视场（提高方向准度）

气体探测器

气体电容器

工作模式：电离室、正比计数器（正比放大电离）、盖格计数器

圆柱型正比计数器：有效放大电离事件

气体选择：稳定（惰性气体）、电离能小

量子效率

能量分辨率

时间分辨率 （亮源，死时间）

淬火（激发态原子退激发产生紫外辐射） 加入淬火气体吸收紫外辐射

老化（聚合物覆盖电极）

正比计数器 proportional counter array (PCA)

反符合 减小背景

闪烁体探测器

有机 反符合设备

无机 主要探测设备

光电倍增管

高能光子的成像观测

间接成像：孔径调制

1. 时间孔径调制：

   • 狭缝准直器扫描

   • 月球、地球掩蚀

2. 空间孔径调制：

   • 编码孔径成像（编码板望远镜 coded-mask telescope）：

     Fully Coded FOV (FCFOV)

     Partially Coded FOV (PCFOV)

     角分辨率

直接成像：掠射聚焦

1. Wolter
2. lobster-eye

有空间探测能力的探测器

1. 成像正比计数器
2. 微通道板探测器
3. 固体探测器/半导体