Der hochauflösende Mikrokanalplattendetektor HRI

Bei dem sich in der Fokalebene des ROSAT-XRTs befindenden Bildwandlers HRI handelt es sich um einen Mikrokanalplattendetektor, der sich in erster Linie durch sein hohes räumliches Auflösungsvermögen auszeichnet und seiner Bauweise nach bis auf wenige Details mit dem bereits beim Einstein-Observatorium zum Einsatz gekommenen Kanalplattendetektor übereinstimmt. Das dem HRI-Detektor (High Resolution Imager) zugrundeliegende physikalische Funktionsprinzip basiert dabei auf dem Photoeffekt. Danach lösen die in den Detektor einfallenden Röntgenphotonen zunächst an einer Photokathode primäre Photoelektronen aus, die dann in ihrem weiteren Verlauf durch elektrische Ziehfelder in die etwa $12.5\,\mu$m Durchmesser großen Kanäle einer Mikrokanalplatte gelenkt werden und dort durch eine Mehrfachstreuung mit der elektronenvervielfachenden Kanalwandbeschichtung zu einer Elektronenlawine verstärkt werden.

Zur Erhöhung der Teilchenzahl in der Elektronenlawine werden die auf der Rückseite der ersten Mikrokanalplatte austretenden Elektronen erneut auf die Mikrokanäle einer zweiten Kanalplatte gelenkt, die dann als Bildverstärker wirkt und quasi Einheitslawinen erzeugt (Pfeffermann et al 1986). Die Aufgabe des nachgeschalteten elektrischen Feldes besteht nun darin, die aus etwa $3\times 10^7$ Teilchen bestehenden Elektronenlawinen auf ein Anodengitter zu lenken, über das dann ähnlich wie beim PSPC die Zentralposition sowie die Ankunftzeit der auftreffenden Ladungswolke mit Hilfe einer schnellen Elektronik festgestellt wird. Die Nachverstärkung der zweiten Mikrokanalplatte bedingt dabei, daß die Lawinenstärke unabhängig von der Zahl der ausgelösten Primärelektronen ist, womit die Information über die Energie des einfallenden Photons verloren geht und der HRI nur eine vernachlässigbare Energieauflösung besitzt. Der Vorteil des HRI-Detektors gegenüber dem abbildenden Proportionalzähler PSPC liegt dabei in der durch seine spezielle Bauweise erreichten hohen räumlichen Auflösung. Nominal sollte die Winkelauflösung für parallel zur optischen Achse des Teleskops durchgeführte Beobachtungen etwa 2 Bogensekunden (FWHM) betragen (Pfeffermann et al 1986), wobei sich jedoch aus der Untersuchung der während des Flugbetriebes gemessenen Kalibrationsdaten herausstellte, daß ein Wert von etwa 6-8 Bogensekunden (FWHM) realistischer erscheint (David et al 1992). Obwohl dieser Wert also deutlich unter der nach den Laboruntersuchungen erwarteten Winkelauflösung liegt, ist sie verglichen mit der bereits sehr guten Winkelauflösung des PSPC-Detektors (etwa 25" FWHM) noch einmal wesentlich besser, so daß sich der HRI-Detektor besonders gut zur Strukturanalyse ausgedehnter Röntgenquellen eignet. Gegenüber dem an Bord des Einstein-Observatoriums verwendeten HRI-Detektor besitzt der ROSAT-HRI durch die Verwendung einer Cäsiumjodid-Photokathode eine wesentlich höhere Quanteneffizienz und dadurch eine um den Faktor 3-4 höhere Empfindlichkeit. In Verbindung mit der hohen Winkelauflösung des ROSAT-Spiegelsystems übersteigt die Leistungsfähigkeit des an Bord von ROSAT verwendeten HRI-Detektors die seines Vorgängers deutlich.

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 Abb. B.3 $\;$Schematischer Aufbau eines zweistufigen Mikrokanal-Vervielfachers in Winkel-Form, ähnlich dem an Bord von ROSAT verwendeten HRI-Detektors. Die relative Neigung der Kanäle gegeneinander dient in erster Linie zur Vermeidung einer Ionenrückkopplung, die sich negativ auf die Detektoreigenschaften und seine Funktionsfähigkeit auswirken würde. (Abb. aus Kleinknecht 1987).

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 Abb. B.4$\;$ Darstellung der innerhalb eines Kreises mit Radius r eingeschlossenen Energie bei parallel zur optischen Achse durchgeführten HRI-Beobachtungen der Röntgenquellen HZ43, LMC X-1 und AR Lac. Der spezielle Verlauf der Kurven hängt dabei vom Energiespektrum der jeweils beobachteten Röntgenquelle ab und ist in der hier gezeigten Abbildung normiert dargestellt. Wie die Abbildung zeigt, befindet sich lediglich 85% der detektierten Strahlung innerhalb eines Kreises von 10" Radius und etwa 95% innerhalb eines Kreises von 1' Radius. (Abb. David et al 1992).