next up previous contents
Next: Studi di future missioni Up: Laboratorio per Astronomia X Previous: Sviluppo ed applicazione di   Indice

Sviluppo e Calibrazione di Ottiche per Raggi X



Figura 71: Una delle ottiche cilindriche studiate presso la XACT facility, montata all'interno della beam-line X a circa 8.5 m dalla sorgente X e dal rivelatore posto nella camera di test.
\begin{figure}\centerline{
\psfig{figure=barbera/adjustments.ps,height=7 cm}}\end{figure}

Il gruppo della XACT/OAPA collabora con il SAO in un programma di sviluppo di ottiche per raggi X ad incidenza radente, di tecnologia innovativa, ad alta area di raccolta adatte per missioni spettroscopiche di Astronomia a raggi X e per applicazioni di laboratorio. In questo programma, la XACT facility viene utilizzata per ottenere immagini di una sorgente di raggi X puntiforme prodotte da queste ottiche. Lo studio di queste immagini consente di valutare contributi alla PSF derivanti ad esempio dalla qualità dei materiali utilizzati, e dalla struttura meccanica di montaggio dei gusci concentrici a geometria cilindrica o a spirale.

La sorgente di raggi X non é una sorgente puntiforme ideale e le sue dimensioni finite possono contribuire all'immagine prodotta al piano focale dalle ottiche in studio. Per potere sottrarre questo eventuale contributo, abbiamo ottenuto delle immagini nei raggi X della sorgente utilizzando come strumento di focalizzazione ed ingrandimento un microforo da 0.3 mm di diametro posto a 790 mm dalla sorgente e 15490 mm dal rivelatore MCP (figura 70). Questa configurazione strumentale ci ha permesso di ottenere immagini della sorgente di raggi X con un fattore d'ingrandimento circa 20 (figura 70).

L'immagine della sorgente X e' stata poi analizzata per determinarne forma e dimensioni. Una buona descrizione della forma della sorgente e' data da una gaussiana con $\sigma \approx 0.1 ~ mm$ sovrapposta ad una piccola componente costante che si estende fino ad un raggio di circa 2.5 mm. La tabella che segue mostra i parametri di best-fit di questo modello ($\sigma $ della gaussiana e percentuale dei conteggi totali nella componente costante) della sorgente X per diversi anodi e parametri strumentali della sorgente X.



Anode Elec. Accel. Elec. Beam Excited Line $\sigma_G$ Plateau
  Voltage [kV] Current [mA] [Kev] [mm] [%]
C 2.5 0.01 0.28 0.075 16
Cu 2.5 0.04 0.93 0.085 28
Al 3.5 0.06 1.49 0.080 16
Ti 6.0 0.10 4.51 0.110 16
Cr 7.0 0.06 5.41 0.060 16
Fe 8.0 0.09 6.40 0.075 16
Cu 10.0 0.04 8.04 0.045 25


Sono state effettuate misure delle immagini prodotte nei raggi X da diverse ottiche ad incidenza radente a geometria cilindrica (figura 71), costituite da cilindri concentrici o da una spirale, utilizzate per verificare alcune delle idee fondamentali della tecnologia proposta. Le ottiche studiate sono state montate all'interno della beam-line X della XACT facility, nel punto medio tra la sorgente di raggi X e il rivelatore MCP. Sono stati utilizzati manipolatori meccanici da vuoto per aggiustare gli angoli di puntamento.

Figura 72 mostra un esempio di immagine prodotta dalla focalizzazione di una sorgente puntiforme di energia circa 6.5 keV con un'ottica cilindrica con 14 gusci concentrici e diametro esterno di 20 cm.


Figura 72: Immagine di una sorgente X puntiforme di energia circa 6.5 keV prodotta da un'ottica cilindrica con 14 gusci concentrici.
\begin{figure}\tabcolsep=0.2cm
\centerline{
\hbox{
\psfig{figure=barbera/Fe_o_sh...
...s,height=6 cm}
\psfig{figure=barbera/Fe_o_tvimb.ps,height=6 cm}
}}\end{figure}

Il profilo radiale di questa immagine viene ben modellato assumendo una fluttuazione random normalmente distribuita con $\sigma = 180''$ dell'angolo di riflessione dei fotoni sui gusci delle ottiche ed un disallineamento random uniformemente distribuito tra 0" e 10" dei 14 gusci (figura 73).

Figura 73: Profilo radiale della densità di conteggi (pannello di sinistra) e profilo radiale dell'integrale dei conteggi, normalizzato al totale, (pannello di destra) per l'immagine di una sorgente X puntiforme di energia circa 6.5 keV messa a fuoco dall'ottica cilindrica (linea continua). Le curve a tratteggio rappresentano le curve di best-fit ottenute utilizzando il raytracing che include la dimensione finita della sorgente. Nel pannello di destra e' anche mostrata a tratto-punto la curva che si dovrebbe ottenere con un'ottica cilindrica ideale.
\begin{figure}\tabcolsep=1.0cm
\centerline{\hbox{
\psfig{figure=barbera/Fe_o_rad.ps,height=6.0 cm}
\psfig{figure=barbera/Fe_o_enc.ps,height=6.0 cm}}}\end{figure}

Figura 74: Immagine di una sorgente X puntiforme messa a fuoco da un ottica cilindrica a singolo guscio realizzata per studi ingegneristici (pannello di sinistra) e immagine ottenuta con un programma di raytracing che simula la presenza di distorsioni meccaniche del guscio introdotte negli otto punti di ancoraggio dello stesso.
\begin{figure}\tabcolsep=1.0cm
\centerline{\hbox{
\psfig{figure=barbera/daisy_me...
...s,height=6 cm}
\psfig{figure=barbera/daisy_raytr.ps,height=6 cm}}}\end{figure}

L'immagine della sorgente puntiforme prodotta dall'ottica cilindrica studiata presenta una forma molto piccata e simmetrica (FWHM $<$ 0.5 arcominuti) a conferma della validità generale del concetto utilizzato per montare un numero elevato di gusci e garantirne la loro concentricità. Tuttavia l'immagine mostra larghe ali che determinano un Half Power Diameter (HPD) di circa 4 arcominuti. Una delle cause di queste larghe ali potrebbe essere la presenza di piccole distorsioni dei gusci introdotte nei punti di sostegno dalla gravità.

Un'ottica cilindrica a singolo guscio e' stata realizzata utilizzando una tecnica diversa e cioé riducendo il numero di punti di sostegno del singolo guscio da 16 a 8 e utilizzando una guida circolare in cui il singolo guscio e' ancorato negli otto punti da una resina epossidica. Tale ottica e' stata studiata presso la XACT facility e le immagini prodotte sono state confrontate con quelle ottenute da un modello di raytracing che tiene conto di possibili distorsioni della figura indotte da dilatazioni termiche della resina epossidica utilizzata. Figura 74 mostra l'immagine misurata e quella modellata con il raytracing.

Lo studio accurato di queste misure ha permesso di progettare una nuova struttura di sostegno dei fogli con 32 punti di ancoraggio e di mettere a punto una tecnica di montaggio che mantiene i fogli in forma durante la catalizzazione della resina epossidica.

Il gruppo della XACT/OAPA collabora inoltre con il SAO al programma di sviluppo del telescopio ad incidenza radente che verrá utilizzatao sull'esperimento XRT che volerá a bordo del satellite nippo-americano SOLAR-B (lancio previsto nel 2006). In particolare presso la XACT vengono eseguite misure di riflettivitá nei raggi X di campioni piani del materiale utilizzato per la realizzazione dell'ottica, ed inoltre, personale della XACT/OAPA ha preso parte nei mesi di Gennaio e Febbraio 2005 al programma di calibrazione del telescopio di XRT svolta presso la facility XRCF del Marshall Space Flight Center, Huntsville, AL.


next up previous contents
Next: Studi di future missioni Up: Laboratorio per Astronomia X Previous: Sviluppo ed applicazione di   Indice
Flavio Morale 2007-08-14