第3回可視赤外線観測装置技術ワークショップ

2013年12月17〜18日＠京都大学

近赤外線２色同時多天体分光撮像装置SSWWIIMMSSのための多天体分光ユニットの開発	 	 高橋	 	 英則、本原	 	 顕太郎、小西	 	 真広、舘内	 	 謙、北川	 	 祐太朗、西嶋	 	 颯哉、加藤	 	 夏子（東大・tteeaamm	 	 SSWWIIMMSS）、岡田	 	 則夫（NNAAOOJJ//AATTCC）	 	 
http://www.ioa.s.u-tokyo.ac.jp/TAO/swims/

Institute of Astronomy, The University of Tokyo東京大学天文センターでは、標高5640mのチリ・アタカマ高原チャナントール山山頂に口径6.5mの光赤外線望遠鏡を建設する計画を進めている。観測装置の一つである近赤外分光撮像装置SWIMSには前置光学系として多天体分光ユニット  (MOSU  :  Multi-Object  Spectroscopy  Unit)  が搭載される。カルーセルと呼ばれる回転構造体に複数のスリットマスクが装填され、撮像観測後に任意のマスクを選択することで、一度に20〜30の天体の分光を行うことができる。多天体分光ユニットの冷却のためにはいくつかの新たな機構（MLI、熱パス等）用いられており、特に熱パスはこれまで使われてきた銀ロウ付けではなくハンダ付けを採用することで、低温での熱伝導率が高くなるという過去の文献を実証した。その他、収納マスク回転機構（カルーセル）や、マスク取り出し・収納機構（キャッチャー）などと併せて、機械的には実運用に向けてほぼ完成型となったSWIMS/MOSUについて報告する。

SWIMS	SWIMS MOSU   Multi-‐‑‒Object  Spectroscopy  Unit 　〜～多天体分光ユニット〜～	v

MOSUでできる⾯面⽩白いことv

SWIMS/MOSUの特徴（仕様）v  　構成 　 　 　●分光フォローアップ 　 　 　●クラスター構成天体の分光 　 　 　●広がった天体の空間的な分光特性 　 　 　●スペクトルの時間変化v  　仕様 　 　 　●⻑⾧長 　さ：~∼2.4m
 　 　 　●重 　さ：~∼370kg 　 　 　●真空度度：<10-‐‑‒6  torr 　 　 　●温 　度度：~∼100K●0.9-‐‑‒2.5um  全域を⼀一気に分光  (R~∼1000,  0.5”  slit)●冷冷却スリットマスク（24枚（IFU含む））●最⼤大30天体同時分光●IFU  module（⾯面分光ユニット）を内装
点源限界等級（AB等級、１時間積分、S/N~∼5）●Y=22.6,  J=21.7,  H=21.1,  Ks=21.3  @TAO      Y=22.9,  J=22.0,  H=21.4,  Ks=21.6  @Subaru

1.293mv  　製作 　 　 　センテンシア、ルミナス、ADSTEC、
 　 　 　VIC、パスカル、オプトクラフト

焦点⾯面デュワー

キャッチャー回転部

W:430mm  x  L:350mm  x  D:320mm

エア駆動（90°回転）マスクデュワー

マスクキャッチャー部

CCDモニターポート

エア＋プスリングプランジャ制御（摑⼒力力：33N、最⼤大負荷重：~∼1kg)

c.	

f.	

湾曲⾯面（R2400mm）

3x3グリッドマグ
ネットポケット

255mm

別のスリットマスク&IFUモジュール●スムーズなマスク交換●短時間（~∼24時間）での冷冷却（~∼100K）               →移動機構（直動部）

マスクを1つ選び、焦点⾯面まで運ぶ。

「銀ロウ付けとハンダ付け」
どちらがよい？

24枚分のホルダー実験（Experiment outline）

測定結果（Results）

Thermometer (PT-100)	
92

Power Supply(318)	

Silver solder / Soft solder	

Heater (50 ohm) 	

Ginrou_base
Ginrou_stage
Handa_base
Handa_stage

90
88

銀ロウ施⼯工Thermal stage (OFC)	            →MLI、熱パス、ラディエーションシールド 　              →廻転機構（ゼネバギア、低抵抗軸受） 　
⾼高純度度銅(7N)製フレキシブル熱パス

回転部
マスクデュワー

LakeShare(331)	

MOSUに対する熱的・機械的要求

GFRP pole(Φ5mm, 76mm)	LakeShare(331)	

7N Cu wire(Φ0.26mm × 100 × 3)	
Silver solder / Soft solder	

86

温度度差
→熱伝導率率率の差

8482

ハンダ施⼯工80

Thermometer (PT-100)	

”Experimental Techniques for Low-temperature Measurements”,
J.W.Ekin (Oxford University Press, 2011）	

78

OFC base	

76

Cold Stage	

81012

Acrolink  7N-‐‑‒S1040MK3(純度度99.99999%)

36 [W/m/K]	

OCN

嚢斗鴇溜  [[WW//mm//KK]]

OCNl  常温では銀ロウ付けのほうがよいl  <160Kではハンダ付けのほうが 　熱伝導率率率⾼高くなるl  熱伝導率率率：約1.5倍  (@77K)l  低温になるほどその効果は⼤大きい300	

Q	L	k = 	・	dT	 S	

歌塔娩禍  [[KK]]

冷冷凍機へ

1820

実証試験（Verification test）

嚢林  [[WW]] 津ぱ  ==00..22[[mm]]

ハンダ付け

16

11..  嚢ルフり韻萌グ嚢来ょ＼陀萌グ嚢填ょ赴でびほフム【ピょ跨碇〜

22..  フム【ピ浄りレ【ホ【グ併だも＼韻碇り嚢林グ敷茄ふォ〜

33..  フム【ピと韻碇歌塔ょゆォ歌塔グ決孫ふォ〜

評価（Evaluation）

ゼネバギア

14

TIime [h]56 [W/m/K]	

IoAオリジナルMLI

モーター（光学系は冷冷やしたまま）マスクデュワーだけを昇温し、新たなマスクセットと⼊入れ替える。

マスクキャッチャー

170mm

MOSU Original Components for Cooling	

Motor  :  Orientalmotor  AR66VAK
Torque  :  0.8  N.mRotation  :  0.36°/パルス、4秒/スロット

Carrousel 	

マスク交換動作
⻘青⾊色：低温時
橙⾊色：常温時

マスクフレーム

マスク交換時間：約2分(Aluminized  Mylar  30um  +    Polyester  Mesh  KN-‐‑‒20)  x    10  layers

W:280mm  x  H:80mm

押さえフレーム
マスクシート（厚さ〜～100um）

ラディエーションシールド

アクセスポート

VAT  10846-‐‑‒XE44  (Φ200mm,  200V/60Hz)

Slit Mask	

Mask Exchange Procedure	

e.	

ゲートバルブ

UTS-‐‑‒C03MB-‐‑‒1025(1/5  inch,  0.3MPixel  (VGA))

Temperature [K]モーター＋ボールネジ駆動（最⼤大700mm）d.	

GM冷冷凍機RKD-‐‑‒400B(54/70  W  (50/60Hz)  @40K)

MOS UNIT	 直動部b.	

○ ←レーザー検知ポート○印（4カ所）

○○○

a.	

Simultaneous-‐‑‒color  Wide-‐‑‒ﬁeld  Infrared  Multi-‐‑‒object  Spectrograph 　〜～近⾚赤外線２⾊色同時多天体分光撮像装置〜～	

望遠鏡焦点⾯面痴猛設  [[mm22]]  ==        ((00..2266mmmm//22))22  **  �  **  110000麻  **  33存==  11..5599xx1100--55  [[mm22]]

ハンダ付け  >  銀ロウ付け（約10%⾼高  @~∼80K)

��決嗣浄斎暖式願ゃ鈴泣

250	

温度度v

 　 　 　●焦点⾯面デュワー
 　 　 　●マスクデュワー（カルーセル）
 　 　 　●マスクキャッチャー

200	
150	
100	
50	0h	

Radiation Shield1	
Radiation Shield2	
Radiation Shield Bottom	
140K	
36h@120K	
126K	
121K	
Dummy Mask	 103K	
Cold Head	
Carrousel Bottom	 33K	
28K	
12h	

24h	

36h	

48h	

時間