Concevoir l'instrument

Une immersion dans cet instrument complexe.

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Les détecteurs du X-IFU

X-IFU repose sur un cryostat et une chaîne de refroidissement qui permettent aux détecteurs principaux et aux détecteurs cryogéniques anticoïncidence de fonctionner. Le détecteur principal X-IFU est un grand réseau d'environ 1500 absorbeurs de rayons X placés au-dessus de micro-calorimètres très sensibles Les micro-calorimètres détectent la chaleur générée par les photons de rayons X lorsqu'ils sont absorbés et thermalisés. Le détecteur cryogénique anticoïncidence est également constitué de capteurs à bord de transition. Une particule d'arrière-plan frappant le détecteur principal génère un signal similaire à celui généré par un rayon X. La même particule est également détectée par le détecteur d'arrière-plan. La même particule sera également détectée par le détecteur cryogénique à anticoïncidence. En rejetant les événements simultanés survenant dans les deux détecteurs, le bruit de fond instrumental peut donc être réduit.

L'interface entre le cryostat et la partie froide du X-IFU est assurée par un cylindre d'ouverture qui contient des filtres thermiques bloquant les radiations infrarouges thermiques, visibles, ultraviolettes et radiofréquences, tout en assurant une transmission élevée des rayons X.


Amplification et multiplexage

Le minuscule signal associé à la détection d'un rayon X est amplifié par des composants électroniques cryogéniques situés à proximité. Le détecteur principal est constitué de plusieurs milliers de capteurs à bord de transition. Pour les faire fonctionner et les lire, tout en minimisant les charges thermiques sur la chaîne cryogénique, les capteurs sont regroupés et lus sur une centaine de canaux, en utilisant une technique de multiplexage.

Le signal amplifié est ensuite extrait du cryostat par des faisceaux froids, qui transportent le signal vers l'électronique de lecture à des températures chaudes. L'électronique de lecture amplifie encore le signal, qui est ensuite traité pour donner des informations sur le rayon X détecté (énergie, position, temps d'arrivée). Une chaîne électronique similaire prend en charge le détecteur cryogénique à anticoïncidence.


Équipements auxiliaires

X-IFU comprend également une électronique de puissance et de commande qui alimente les sous-systèmes de l'instrument, régule la température de l'assemblage du plan focal et fournit des données de surveillance des différents sous-systèmes. Pour effectuer une observation, l'instrument doit être étalonné régulièrement, ce qui est réalisé grâce à une source d'étalonnage embarquée.

Enfin, pour permettre à l'observateur de choisir son dispositif d'observation optimal, différents filtres peuvent être sélectionnés, par exemple pour bloquer les photons optiques indésirables émis par la cible observée. Ces filtres sont maintenus par la roue à filtres.


Architecture cryogénique

L'architecture cryogénique du X-IFU repose sur un système de refroidissement passif mis en œuvre par le compartiment de charge utile (Payload Compartment), basé sur un ensemble de trois radiateurs cryogéniques en forme de L, appelés rainures en V, qui fournissent un environnement 50K à l'instrument et un système cryogénique mis en œuvre par X-IFU, qui fournit la capacité de refroidissement à l'étage du détecteur, à partir de l'environnement 50K. Il comprend : un vase Dewar avec une enveloppe extérieure à 50K, qui héberge le cœur froid de l'instrument contenant le détecteur, un refroidisseur cryogénique à distance, appelé refroidisseur 4K, fournissant un refroidissement actif aux étages internes de l'instrument dans les plages 20K et 4K et un réfrigérateur de démagnétisation adiabatique (ADR) à plusieurs étages, capable de refroidir l'étage du détecteur jusqu'à 50mK à partir de l'étage 4K.

 

Functional breakdown of the X-IFU. © DB/X-IFU
Répartition fonctionnelle du X-IFU. © DB/X-IFU

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