Principe et mise en œuvre

La figure 2.23 page suivante repr´esente la ligne de r´eglage mise en place au CESR. La source X est situ´ee 14,162 m devant la lentille. D’apr`es les cotes de la lentille (voir tableau 2.16, page 60), cela correspond `a une ´energie de r´eglage de 122,28 keV et une focale correspondante de 2,3 m.

Le g´en´erateur X utilis´e pour le r´eglage est constitu´e d’un tube `a rayon X `a anode de tungst`ene (g´en´erateur SAR d´evelopp´e par le CEA) de tension maximale 150 kV avec une intensit´e maximale de 200 µA sans refroidissement et 400 µA avec. Le spectre ´emis est un spectre continu dˆu au rayonnement de freinage des ´electrons dans la cible de tungst`ene. Ce spectre admet une ´energie maximale ´emise correspondante `a l’´energie maximale des ´electrons acc´el´er´es, soit 150 keV. La taille de la source est de 0.8 mm avec un angle d’´emission d’environ 30◦_{. Pour des raisons ´evidentes de radioprotection, il est n´ecessaire}

de collimater ce faisceau afin que seule la lentille soit illumin´ee (45 cm `a 14,2 m, soit 1.8◦_).

La collimation est effectu´ee en plusieurs ´etapes :

– Une plaque de plomb trou´ee fix´ee `a l’avant du g´en´erateur restreint l’ouverture du faisceau `a environ 7◦ _{(trou de 10 mm `a 80 mm de la source). Un obturateur en}

tungst`ene reli´e `a un ´electroaimant permet de bloquer l’´emission des rayons X `a la sortie du g´en´erateur. Monostable, ce dispositif ne permet le passage du faisceau que lorsque l’op´erateur presse une p´edale situ´ee au niveau de l’ordinateur d’acquisition. – Un diaphragme en tungst`ene (trou de 6 mm) est mont´e sur des plaines de trans- lation Micro-Contrˆole suivant les axes horizontaux et verticaux. Plac´e `a 16 cm de la source X, ce diaphragme collimate le faisceau X `a 2◦_{. Les deux mouvements de}

translation permettent de centrer ce diaphragme sur l’axe Source X - Centre lentille. Cet alignement est crucial puisque ce diaphragme sera r´eutilis´e comme trou source optique pour le pointage de la lentille.

– Un tube acier de 2,7 m de longueur avec un diam`etre ext´erieur de 118 mm et int´erieur de 95 mm et plac´e juste derri`ere le diaphragme assure une collimation suppl´emen- taire fixe, au cas o`u le diaphragme tungst`ene soit mal positionn´e ou absent.

Fig. 2.23: Photographie de la ligne de r´eglage du CESR. Le blindage de radioprotection autour du g´en´erateur a ´et´e enlev´e.

Afin de mat´erialiser visuellement le trajet du faisceau X, un syst`eme laser a ´et´e mis en place (voir m´edaillon de la figure 2.23 et sch´ema 2.24). Le faisceau est ´emis par un laser HeNe puis subi deux renvois `a 90◦_{. D’une part, cette chicane permet de gagner la}

place n´ecessaire `a l’installation du laser, d’autre part, le boˆıtier d’alimentation et le tube laser ´etant n´ecessairement `a l’ext´erieur du mur de plomb stoppant les ´emissions diffuses du g´en´erateur X, ils ne devaient pas pouvoir ˆetre en visibilit´e directe de la source X. Le deuxi`eme miroir de renvoi est plac´e sur l’axe d’´emission du g´en´erateur, mont´e sur deux platines goniom´etriques motoris´ees permettant une orientation pr´ecise du faisceau laser au niveau de la lentille.

Pour le r´eglage des cristaux, il est n´ecessaire d’´eclairer en X tout ou partie d’un cristal particulier. Ceci est r´ealis´e par un masque rotatif plac´e devant la lentille (voir m´edaillon gauche de la figure 2.23). Ce masque est constitu´e de 3 mm de plomb pris en sandwich par deux disques de laiton afin de rigidifier l’ensemble et absorber les raies de fluorescence du plomb [Lonjou, 2002]. L’ensemble est perc´e d’ouvertures correspondantes aux emplace- ments des diff´erents anneaux. De plus, un syst`eme de fente r´eglable en largeur et hauteur,

Fig. 2.24: Dessin des diff´erents col- limateurs et du syst`eme de pointage laser `a l’avant du g´en´erateur X

fix´e sur le masque, permet de s´electionner pr´ecis´ement la zone irradi´ee du cristal. La zone ´eclair´ee peut ˆetre contrˆol´ee par la projection du faisceau laser au travers de la fente : l’aire illumin´ee repr´esente la zone d’incidence sur le cristal. En effet, la source ´etant `a distance finie, l’´energie diffract´ee d´epend du rayon, il faut donc r´egler pr´ecis´ement le rayon de la zone diffractante pour que l’´energie de r´eglage choisie pour un anneau donne une ´energie diffract´ee de 170 keV `a l’infini. D’autre part, et pour la mˆeme raison, la hauteur de la zone illumin´ee ´elargit le pic de diffraction (largeur “g´eom´etrique”) par rapport `a la lar- geur intrins`eque de diffraction (largeur “mosa¨ıque”) (voir § 2.1.3.4, page 56). La largeur ´energ´etique g´eom´etrique peut ˆetre estim´ee par :

∆E≈ 527 µ E 100 keV ¶2µ d dGe[111] ¶ µ 10 m D ¶ µ ∆r 1 mm ¶ eV ≈ 556 µ d dGe[111] ¶ µ ∆r 1 mm ¶

eV appliqu´ee `a la ligne de r´eglage

(2.131)

o`u ∆r repr´esente l’´etendue radiale de la zone illumin´ee. L’impact du laser sur un cristal est visible sur la photographie en 2.22(b) page 70 (deuxi`eme anneau, proche de la nervure verticale).

Le d´etecteur HPGe et son ´electronique de traitement constituent le dernier ´el´ement de la ligne de r´eglage. Le d´etecteur lui-mˆeme est plac´e 2,312 m derri`ere la lentille (distance d´etermin´ee `a partir de l’´equation (2.117), page 60). Le d´etecteur utilis´e au sol peut ˆetre celui de vol (matrice 3x3) mais deux autres d´etecteurs de plus grande surface (et volume) et de meilleure r´esolution ´energ´etique ont ´et´e g´en´eralement utilis´es dans ces circonstances :

le prototype P01 du spectrom`etre SPI/INTEGRAL et le d´etecteur CHAMPAGNE (pro- totype pour la cartographie γ des surfaces plan´etaires). Les donn´ees sont recueillies par un ordinateur et un logiciel d´edi´e via un syst`eme d’acquisition 9 voies. L’´electronique d’acquisition ainsi que le noyau du logiciel de traitement sont expliqu´es plus en d´etail dans Naya [1995]. Une fois tous ces ´el´ements mis en place, le r´eglage des cristaux s’ef- fectue en (d´e)vissant l’´ecrou de r´eglage (voir figure 2.21, page 69). La variation d’angle induit une variation de l’´energie diffract´ee mesur´ee par la chaˆıne d’acquisition. Lorsque cette ´energie correspond `a 122,28 keV, le cristal a acquis la bonne inclinaison. Une goutte de colle permet alors de bloquer l’´ecrou et le cristal en position. Des valeurs num´eriques plus pr´ecises ainsi qu’une discussion sur les tol´erances acceptables pour le r´eglage sont donn´ees dans l’annexe A page 237.

Avant de voir la m´ethode utilis´ee pour aligner ces diff´erents ´el´ements, il est n´ecessaire de d´efinir “physiquement” l’axe de la lentille. La d´efinition et le rep´erage de cet axe sont primordiaux puisque son alignement sur la source conditionne l’exactitude du r´eglage et la d´etection de la source astrophysique. Il est naturel de d´efinir l’axe de la lentille comme perpendiculaire au plan m´edian de sa structure. N´eanmoins, cette d´efinition n’est pas pratiquement applicable puisque le plan m´edian ne peut ˆetre rep´er´e avec suffisamment pr´ecision (probl`emes de mesures, incertitudes d’usinage), ni facilement comparable `a une source situ´ee `a grande distance. Un moyen plus pratique de d´efinir un axe est d’utiliser une invariance par rotation suivant un axe. La premi`ere id´ee consiste `a faire tourner la lentille dans son ensemble. Cette solution poss`ede quelques avantages (tous les cristaux sont r´egl´es au mˆeme emplacement, un masque de s´election tournant n’est plus n´ecessaire, . . . ) mais aussi de grosses contraintes m´ecaniques (comment r´ealiser une rotation d’axe pr´ecis, stable, d’une pi`ece de 20 kg et 45 cm de diam`etre, utilisable pendant le r´eglage et sur la nacelle de vol ?). La solution retenue fut donc de placer au centre de la lentille un petit t´elescope de vis´ee optique (doublet achromatique + cam´era CCD) mont´e sur des roulements `a bille de pr´ecision. Un moteur coupl´e `a un codeur rotatif permettent de faire tourner ce t´elescope par rapport au cadre de la lentille avec un minimum d’effort exerc´e (et donc de risque de d´esalignement). Le t´elescope central poss`ede une focale de 140 mm pour un champ utile de 2,5◦_{(X) par 1,86}◦_{(Y) (11,6 arcsec par pixel CCD). Cette}

lunette permet d’une part de visualiser globalement le champ de vue et, d’autre part, de rep´erer l’axe de rotation (voir section suivante sur les alignements). En effet, lorsqu’on observe une source lumineuse tout en faisant tourner la lunette, l’image de cette source d´ecrit un cercle dans le plan focal. Le centre de ce cercle est la position de l’image d’un point virtuel situ´e `a la distance de la source, et plac´e sur l’axe de rotation du t´elescope (c.`a.d, par d´efinition, l’axe de la lentille). Ce pixel invariant peut d´ependre l´eg`erement de la distance de la source puisque l’axe optique de la lunette n’est pas exactement confondu avec son axe de rotation. On peut voir sur la figure 2.22(a) page 70 l’arri`ere de la cam´era CCD au centre de la lentille.