Instrument SPI

Des 4 instruments formant l'bservatoire Integral, le Spectromètre (SPI) a été développé sous la responsabilité interne du Centre Spatial de Toulouse avec des contributions de plusieurs laboratoires français et étrangers. La caractéristique spécifique de cet instrument tient en sa haute résolution spectrale pour les rayons gamma d'à peu près 2 keV sur une très large bande d'énergie allant de 20 keV à 8 MeV.

Instrument SPI

Les émissions des sources gamma situées dans on champ de vue sont interceptées par le masque au sommet du spectromètre. Ce masque code les faisseaux de rayons gamma à travers un ensemble de 63 blocs hexagonaux en tungstène, de 3 cm d'épaisseur et 6 cm de largeur, opaques aux radiations, et 64 blocs transparents, laissant passer les rayons gamma à l'intérieur du spectromètre.

Maquette de l'instrument SPI

Le faisceau ainsi codé atteint ainsi la surface de détection (qui couvre 500 cm²), située au cœur de l'instrument. Grâce au motif particulier du masque, une analyse mathématique de l'image codée permet de retrouver la direction des sources situées dans le champ de vue qui peuvent être cartographiées sans équivoque. La surface de détection est composée de 19 détecteurs hexagonal en cristaux de germanium refroidis à 85K par deux paires de compresseurs. Pour réduire la perte de chaleur du cryostat, sa température extérieure est maintenue à 200K par deux conduites de chaleur. Les photons gamma interagissent avec le Germanium du semi-conducteur, générant un courant proportionnel à l'énergie du photon incident.

Ce signal est ensuite amplifié et converti en un signal numérique par l'Electronique Analogique d'Entrée (unité électronique Analogue Front End Electronics : AFEE). En parallèle, une électronique rapide, appelée le Discriminateur de Forme d'Impulsion (unité électronique Pulse Shape Discriminator (PSD)), numérise la forme de l'impulsion électrique pour une analyses aprofondie. En fait, la plus part des événements enregistrés par SPI seront générés localement par les radiations de l'arrière plan, dont l'origine est l'interaction des rayons cosmiques de haute énergie avec les matériaux de l'instrument. En utilisant l'information contenue dans la forme des impulsions électriques, le système PSD est capable de rejeter une large fraction de ces événements d'arrière plan, accroissant ainsi le rapport signal-à-bruit des sources astrophysiques.

Les radiations capturées par le spectromètre ne viennent pas uniquement des sources situées dans le champ de vue de l'instrument, mais aussi de directions en dehors du champ. Pour ce prémunir de ce genre de signaux interférants, la surface détection est entourée par un système de protection "anticoïncidence". Au niveau des énergies des rayons gamma, il est difficile d'arrêter les particles ou photons, donc ce système est basé sur leur détection lorsqu'ils passent. Un groupe de cristaux scintillants génère un courant chrono-daté à chaque fois qu'une particle interférante passe. Ce signal est ensuite envoyé en même temps que les autres signaux venant des détecteurs en Germanium aux unités Electroniques Numérigues d'Entrée (Digital Front End Electronics : DFEE), qui déterminent en temps réel si les deux types de signal coïncident ou non. S'ils coïncident, la particle détectée par le cristal de Germanium n'est pas dans le champ de vue de l'instrument et est éliminée.
Pour éliminer aussi les photons gamma produits par le masque après l'interaction d'un proton, le système d'anticoïncidence est équipé d'un scintillateur plastique qui détecte le passage de ces particules chargées.

Une fois que ce processus de sélection est terminé, le DFEE envoie ses données à l'ordinateur de bord qui ensuite les traitent : dessinant les spectres, et formattant les paquets de données à transmettre au sol via la télémesure du satellite.