Alignements des ´el´ements de r´eglage

Les diff´erents ´el´ements de la ligne de r´eglage ont ´et´e d´ecrits pr´ec´edemment, il reste n´eanmoins `a d´efinir les proc´edures permettant de les aligner les uns par rapport aux autres avec une pr´ecision de l’ordre de quelques secondes d’arc.

La premi`ere ´etape consiste `a placer grossi`erement les ´el´ements `a leurs emplacements et orientations respectifs. La lentille est plac´ee sur une table de la fraiseuse permettant des translations pr´ecises (0,05 mm) suivant les 3 axes et une grande stabilit´e. Entre la lentille et la table de translation, un plateau rotatif en azimut et un plateau goniom´etrique en ´el´evation orientent la lentille avec une pr´ecision de l’ordre de la seconde d’arc. A ce stade, le g´en´erateur X est plac´e `a sa position d´efinitive, ce qui veut dire grossi`erement orient´e vers la lentille (´etant donn´es les 30◦ _{d’angle de faisceau, la tol´erance est grande) mais}

aussi `a la distance ad´equate de la lentille. La tol´erance sur la distance du g´en´erateur est donn´ee par la formule :

∆E_{∞≈ 470} µ ∆D 10 cm ¶ eV (2.132)

o`u ∆D est l’erreur sur la distance et ∆E<sub>∞</sub> l’erreur correspondante sur l’´energie diffract´ee `a l’infini. Cette formule est valide pour la ligne de r´eglage existante et une lentille r´egl´ee pour 170 keV `a l’infini. D’apr`es cette formule, une erreur de placement de 1 mm (pr´ecision typique facilement accessible avec des moyens de mesures classiques) donne une erreur de 4.7 eV sur l’´energie diffract´ee `a l’infini. Cette erreur est tr`es largement admissible puisqu’inf´erieure `a la pr´ecision de mesure de l’´energie des pics.

La source X et la lentille ´etant plac´ees, la ligne de r´eglage est dans la situation sch´ema- tis´ee par la figure 2.25(a) page suivante. Le but final est de faire pointer la lentille sur la source X avec une pr´ecision de l’ordre de la dizaine de seconde d’arc, soit 0,7 mm `a 14 m. L’axe de la lentille ´etant rep´er´e grˆace `a une lunette optique, le diaphragme tungst`ene utilis´e pour la collimation doit aussi ˆetre align´e pr´ecis´ement sur l’axe source X-lentille afin de servir ensuite de source optique pour l’orientation de la lentille.

Alignement du diaphragme tungst`ene. Le positionnement de ce diaphragme se fait grˆace au faisceau X. De mˆeme que l’orientation de la lentille se fait par rotation de la lunette centrale (voir plus loin), la d´etermination de la position du diaphragme est d´etermin´ee par rotation autour du mˆeme axe. Un petit d´etecteur CZT (Cadmium Zinc Tellure, 3x3x2 mm) est mont´e solidaire du support tournant de la lunette, `a une distance de l’axe r´eglable (10-20 cm) et sur la face avant de la lentille, orient´e vers le g´en´erateur. Ce d´etecteur CZT est reli´e `a un fr´equence-m`etre permettant de relever le taux de comptage des photons incidents (efficacit´e de d´etection maximale entre 10 et 100 keV). La rotation de la lunette centrale permet 6 positions, ´equir´eparties, par tour. La position grossi`ere du diaphragme (`a ≈0,5 mm pr`es) est tout d’abord d´etermin´ee par homog´en´eisation du flux pour ces diff´erentes positions. Ensuite, pour chacune des 6 positions, le diaphragme est d´eplac´e (en X puis en Y) et on enregistre la variation du taux de comptage au cours de ces d´eplacements. Dans son mouvement, le diaphragme ´eclipse plus ou moins la source et le flux, initialement au niveau du bruit de fond (occultation totale) monte progressivement (occultation partielle) puis atteint son maximum (´eclairement total) avant de d´ecroˆıtre de fa¸con sym´etrique. L’´evolution du flux en fonction de la translation du diaphragme pour la position n◦_{4 du CZT est repr´esent´ee en figures 2.26 page 76. Pour chacune des translations}

(suivant X et Y), le flux a ´et´e ajust´e par une fonction trap´ezo¨ıdale “liss´ee” de la forme : f (x) = c + Afech(r(x− m + l/2)) fech(−r(x − m − l/2)) (2.133)

(a) Etape 1 : Avant alignements

(b) Etape 2 : Apr`es le d´eplacement du diaphragme tungst`ene

(c) Etape 3 : Apr`es l’orientation de la lentille

Fig. 2.25: Positions des diff´erents ´el´ements de la ligne de r´eglage au cours de la proc´edure d’alignement

avec fech(x) = _1+e1−4x, fonction ´echelon, valant 0 en −∞, 0.5 en 0, 1 en +∞ et avec une

l’amplitude maximale du flux, m `a la position centrale de la fonction, l `a la largeur `a mi-hauteur et r `a la pente des bords `a mi-hauteur (1/r est repr´esentatif de la “longueur de mont´ee” du flux). Cette fonction a l’avantage sur un mod`ele trap´ezo¨ıdal lin´eaire d’avoir une ´evolution plus “douce”, s’ajustant mieux aux donn´ees et aussi d’ˆetre infiniment d´eri- vable, ce qui permet d’utiliser des m´ethodes classiques (d´erivatives) d’optimisation. Les param`etres ajust´es l, m et 1/r ont ´et´e report´es sur les figures 2.26. Physiquement, l est li´e `a la taille du diaphragme : le trou est de 6 mm mais si la position de l’axe fixe n’est pas parfaitement centrale (cas de la figure 2.26(a)), l peut ˆetre l´eg`erement inf´erieure `a cette valeur. 1/r d´epend essentiellement de la taille de la source X : ´etant donn´ee la proximit´e du diaphragme par rapport `a la source, 1/r devrait ˆetre tr`es proche de la taille de la zone d’´emission (0,8 mm x 0,8 mm d’apr`es le constructeur). Cela se v´erifie bien sur l’axe X (fig. 2.26(a)) mais plus difficilement sur l’axe Y (fig. 2.26(b), valeur ajust´ee de 1,22 mm). Cet ´ecart pourrait ˆetre dˆu `a une taille verticale de la zone d’´emission plus grande qu’indi- qu´ee ou `a une autre cause mal d´etermin´ee (occultation ? diffusion ?). Quoiqu’il en soit, la position centrale m du diaphragme est bien ajust´ee pour chaque d´eplacement (`a environ 0.05 mm pr`es). 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Flux reçu [cps/s] Position X du diaphragme [mm] Xc = 15,92 mm FWHM = 5,79 mm ∆X = 0,81 mm ∆X = 0,81 mm

Mesures position 4 en X (Y=10.54 mm) Modéle exponentiel Trapèze

(a) Evolution du flux suivant X (Y=10.54 mm)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Flux reçu [cps/s] Position Y du diaphragme [mm] Yc = 11,03 mm FWHM = 5,97 mm ∆Y = 1,22 mm ∆Y = 1,22 mm Mesures position 4 en Y (X=15,90 mm) Modéle exponentiel Trapèze

(b) Evolution du flux suivant Y (X=15.90 mm)

Fig. 2.26: Variation du flux re¸cu par le CZT pour la position n◦₄

Une fois ces 6 couples de points d´etermin´es, ils se r´epartissent suivant un cercle (voir fig. 2.27 page suivante) qui est alors ajust´e. Le centre de ce cercle donne la position centrale cherch´ee du diaphragme tungst`ene avec une pr´ecision de l’ordre de 0,02 mm, bien meilleure que la pr´ecision requise. La position centrale du diaphragme est ajust´ee pour Xd = 16, 25 ± 0.025 mm et Yd = 8, 79± 0.025 mm. Lorsque le diaphragme est

plac´e `a sa position centrale, la ligne de r´eglage est dans la situation de la figure 2.25(b). Cette ´etape d’alignement du diaphragme en tungst`ene est longue et fastidieuse, elle ne doit heureusement g´en´eralement pas ˆetre r´ep´et´ee, l’emplacement de ce diaphragme le prot´egeant d’un d´eplacement involontaire.

Pointage de la lentille. La proc´edure de pointage final de la lentille est plus simple et plus rapide que la pr´ec´edente, elle est aussi plus souvent effectu´ee. En effet, les interven-

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Position Y du diaphragme [mm] Position X du diaphragme [mm] Xc = 16,25 ± 0.025 Yc = 8,79 ± 0.025 R = 2.28 ± 0.02 Positions du diaphragme Cercle ajusté

Fig. 2.27: Positions centrales du diaphragme tungst`ene pendant la rotation du CZT

tions n´ecessaires sur la lentille pendant le r´eglage des cristaux induisent rapidement un d´epointage de la lentille. Afin de rep´erer la source X dans le domaine optique, une source lumineuse diffuse est plac´ee devant le diaphragme tungst`ene pr´ec´edemment positionn´e (´eventuellement via les miroirs de renvoi du syst`eme de pointage laser). Le diaphragme tungst`ene sert alors de trou source secondaire align´e avec la source X. La cam´era CCD centrale est ensuite utilis´ee pour effectuer des images de cette source optique. Afin d’avoir une d´etermination fiable de la position de la source (par barycentrage du flux lumineux per¸cu par la CCD), il faut veiller `a avoir un flux ´emis homog`ene, stationnaire (vu les temps d’acquisition de la CCD, le 50 Hz du secteur peut ˆetre gˆenant) et un contraste aussi ´elev´e que possible entre la source et le reste du champ de vue (´eviter les images et la lumi`ere parasites). Suivant le mˆeme principe que pour l’alignement du diaphragme, 6 images sont prises par la CCD en rotation et les barycentres respectifs de la source se r´epartissent suivant un cercle (voir fig. 2.28). L’alignement consiste alors `a orienter la lentille grˆace aux deux platines de rotation motoris´ees de fa¸con `a placer le barycentre de la source lumineuse sur le centre de ce cercle (pixel invariant). La pr´ecision sur la d´eter- mination du pixel invariant est typiquement de 0,1 pix soit de l’ordre de la seconde d’arc, pr´ecision encore largement meilleure que les exigences. A l’issue de cette orientation, la ligne de r´eglage se trouve dans la configuration de la figure 2.25(c) page 75, pointant vers la source X.