Поляриметрия жесткого рентгеновского излучения прибором «Пингвин-М», основанным на эффекте комптоновского рассеяния, в космическом эксперименте «Коронас-Фотон»

Приведены характеристики научной аппаратуры « Пингвин - М », предназначенной для измерения степени линейной поляризации рентгеновского излучения солнечных вспышек в энергетическом диапазоне 20 кэВ –150 кэВ . Аппаратура позволяет также получать энергетические спектры излучения вспышек в диапазоне 2–500 кэВ . Высокие технические характеристики ( чувствительность и энергетическое разрешение ) поляриметра « Пингвин - М » позволяют проводить ис следование процессов накопления магнитной энергии и ее трансформации в энергию ускоренных частиц , их распро странения во вспышечной плазме и генерации излучения даже для слабых вспышек .

X-ray polarimeter Penguin–M is designed to measure the degree of linear polarization of X-ray radiation of solar flares in the energy range of 20–150 keV. The instrument allows measuring of energy flare-radiation spectra in the energy range of 2 keV – 500 keV. Excellent characteristics (high sensitivity and energy resolution) of Penguin-M allow us to investigate processes of accumulation of magnetic energy and its subsequent transformation to the energy of accelerated particles. Using the X-ray polarimeter we can also examine propagation of accelerated particles in the solar atmosphere and generation of X-ray even in weak flares.

Исследование космического рентгеновского из лучения в области энергий от 2 до 500 кэВ является весьма актуальным , поскольку данные об энергети ческих спектрах и интенсивности космического рентгеновского излучения несут уникальную ин формацию о природе физических процессов в ис точниках излучения . Особое место в исследованиях занимает направление , связанное с измерением ли нейной поляризации рентгеновского космического излучения от астрофизических объектов и солнеч ных вспышек . Измерения параметров линейной по ляризации для солнечных вспышек в мягкой облас ти спектра ( от нескольких кэВ до ~ 30 кэВ ) были осуществлены в единичных экспериментах [1, 2, 3]. В области энергий 30–150 кэВ надежные достовер ные результаты до сих пор отсутствуют .

Работы по исследованию и разработке методов из мерения линейной поляризации в жесткой области спектра были начаты в ФТИ им . А . Ф . Иоффе в конце 1970- х гг . Были предложены модель такого поляри метра « Пингвин - М » ( Поляриметр Излучения и Ней - трон - Гамма - Вспышечный ИНтенсиметр ) и метод из мерения линейной поляризации в таком поляри метре . В 1986–89 гг . был создан комплекс научной аппаратуры для проведения экспериментов на высот ных аэростатах , и в 1989–90 гг . состоялось два полета , в ходе которых проведены измерения фона рентгенов ского излучения и подтверждена работоспособность созданного поляриметра . В 1993 г . было принято ре шение на основе полученного опыта принять участие в совместном с МИФИ проекте « Коронас - Фотон » – в программе , связанной с изучением Солнца и солнечно земных связей [4].

Физическая схема , состав и характеристики де текторов « Пингвин - МД » позволяют исследовать следующие характеристики жесткого электромаг нитного излучения солнечных вспышек :

• 1.    Степень линейной поляризации жесткого рентгеновского излучения в диапазоне энергий 20–150 кэВ ;

• 2.    Спектры жесткого рентгеновского и гамма - излучения в диапазоне энергий 20–500 кэВ (40 энер гетических каналов );

• 3.    Спектры мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий 2–30 кэВ , в том числе в слабых (« тепловых ») вспышках и на предвспышечной стадии .

В состав детекторной части блока детекторов « Пингвин - МД » входят пять основных элементов ( см рисунок ).

Конструкция блока детекторов   « Пингвин - МД »

( ПМД ).

Поляриметрия жесткого рентгеновского излучения прибором « Пингвин - М »…

• 1.    Детектор - рассеиватель жесткого рентгеновского излучения , представляющий собой сборку из четырех кристаллов паратерфенила (PTF) с приклеенными к ним снизу фотоэлектронными умножителями ( ФЭУ ). На ФЭУ закреплены платы делителей напряжения ( ДН ), предусилителей ( ПУ ) и источников высоко вольтного питания ( ИВП ). Эти элементы на схеме блока детекторов не показаны . Сборки ФЭУ идентич ны для всех 13 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 кри сталл NaI(Tl), защиту от фона заряженных частиц по схеме « фосвич » и сборку ФЭУ .

• 3.    Верхний антиэкранный детектор , представляю щий собой диск 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 де тектор - рассеиватель снизу и по боковой поверхности . На нижнем антиэкране устанавливаются два ФЭУ .

• 5.    Две сборки детекторов мягкого рентгеновско го излучения , в состав каждого из которых входят пропорциональные счетчики , предусилители ПУ , источники высоковольтного питания ИВП и блок аналого - цифровой обработки сигналов .

Помимо детекторов , блок ПМД содержит элек тронные устройства , обеспечивающие работу детек торов , а также устройства , осуществляющие преоб разование , первичный анализ , накопление и проме жуточное хранение полученной информации .

Степень линейной поляризации жесткого рентгеновского излучения солнечных вспышек дает уникальную информацию об угловом распределе- нии энергичных электронов, генерирующих это излучение. Данные об анизотропии энергичных электронов могут оказаться решающими для выбора механизма трансформации энергии магнитного поля в другие формы энергии, что составляет основную проблему теории солнечных вспышек. Спектральный состав жесткого излучения с учетом степени поляризации позволит конкретизировать механизм ускорения заряженных частиц. Изучение временных изменений параметров мягкого рентгеновского излучения методами спектрального анализа позволяет выявить особенности динамики процессов энерговыделения, их периодичность. Изучение процессов энерговыделения в слабых вспышках, происходящих достаточно часто в любой период солнечного цикла, позволит учесть их вклад в нагрев атмосферы Солнца.