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Astro-E2搭載X線CCD(XIS) BIチップにおける
新しい解析法の構築および応答関数の作成
山口弘悦、中嶋大、松本浩典、鶴剛、小山勝二（京都大学）、松浦大介、宮内智文、
勝田哲、東海林雅幸、並木雅章、鳥居研一、林田清、常深博（大阪大学）、他XISチーム
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Abstract: Astro-E2には４台のCCDカメラ（XIS)が搭載されるが、うち１台は日本のX線天文衛星では初めてとなる裏面照射型（BI）チップが採用される。BIチップはX線を電極の反対側から照射させる
ため低エネルギーX線に対する検出効率が表面照射型（FI）よりも優れるが、Chandraに搭載されたBIでは低エネルギー側でのエネルギー分解能がFIの２倍程度悪化するという問題点もあった。
XIS BIではこの問題点が改善され、低エネルギー側でもFIと同程度のエネルギー分解能を達成。さらに我々は、このBIの性能を最大限に活かすため、地上較正試験のデータを用いて各種パラメータ
の最適化や新しいイベント検出法の構築を行った。本ポスター講演ではその解析法の重要性と具体的方法について解説し、それを用いて得られたスペクトルをもとに作成した応答関数について報
告する。
FI CCD
① FI CCDとBI CCD
軟X線
硬X線
電極
② 京都大学実験システム
特性X線をCCDに照射
FI : 表面の電極層が低エネルギーX線を遮蔽
BI : 低エネルギーX線の検出効率向上
CCD温度 = -90℃
気圧 = 10-6Torr
光電吸収
BI
検出効率の比較
大阪大学は <2keVの較正を担当
BI CCD
軟X線
FI
２次ターゲット
Al 1.5 keV
Cl 2.6 keV
Ti 4.5 keV
Fe 6.4 keV
Zn 8.6 keV
Se 11.2 keV
硬X線
電極
③ イベント検出（Grade法） Grade 0
Grade 1
波高値 (PH)
event th.
Grade 2
split th.
④ split th.の最適化
入射X線エネルギーと電荷の広がりの関係
Al (1.5keV)
Zn (8.6keV)
split th.が小さすぎる
↓
Grade 7の増加
↓
検出効率低下
Grade 3
イベント中心ピクセル
Grade 4
Gradeの定義
Grade 5
：イベント中心ピクセル
：split th.を越えたピクセル
Grade 6
split th.が大きすぎる
↓
“split”の見落としが増加
↓
エネルギー分解能悪化
O (0.5keV)のデータ
（大阪大学で取得）より
横軸：電荷の広がり幅（1σ半径）
縦軸：イベント数
split th.= 7で
十分な検出効率と
エネルギー分解能
低エネルギーのイベントの方が電荷の広がり大
（光電吸収される深さを反映）
↓
低エネルギーイベントを基準にsplit th.を最適化する
Grade0,2,3,4,6をX線イベントとみなす
と
の波高値の合計 ≡ PHA
Grade 7
⑥ 応答関数
⑤ 新しい解析法（可変split th.方式）
split th.= 7で一通り解析
生データに電荷洩れ補正（勝田（大阪大学）ポスター参照）と可変split th.方式を適用して
取得したスペクトルから性能を評価し、応答関数の作成を行う
エネルギー分解能
Gain
Grade分岐比のエネルギー依存性
Grade 7
Grade 0
Zn (8.6keV) Grade 7 のスペクトル
多数のX線イベントが存在
→ 高エネルギーのイベントに対しては
split th.= 7は小さすぎることを示唆
エネルギーが高くなるほど
Grade7 の割合が増加
Ex-PHA : PHA (ADU) = 255.103×Ex (keV) - 1.973
Ex-PI : PI (ADU) = 274.297×Ex (keV) – 2.122
Line Profile
６成分モデル（ASTRO-Eの地上キャルで確立）
T1 : main peak
T2 : sub peak （split th.以下の電荷が周辺ピクセルに洩れた成分）
T3 : triangle （channel stopで吸収されたイベント；BIには不要）
T4 : constant （表面の不感層での部分吸収）
T5 : Si escape
T6 : Si-line （escapeした蛍光Si X線が十分遠くのピクセルで再吸収）
BIチップの特徴
電荷雲の広がり幅は低エネルギーイベントの方が大きいが、
splitする電荷量自体は高エネルギーの方が大きい
↓
一定のsplit th.では高エネルギー側の検出効率か
低エネルギー側のエネルギー分解能のどちらかが犠牲になる
エネルギーごとに最適なsplit th.を決定
Cl (2.6keV)
ΔE (eV) =
（補正項）
8.576×sqrt(12.162 + 43.151×Ex – 0.856×Ex2)
それぞれのエネルギーに対する各成分の強度比を求め、まずは現象論的に傾向を把握することが第一目的
Fe (6.4keV)
Zn(8.6keV)
T2/T1
決定方法：split th.を1ADU高くすることによって
増加する検出効率が3%未満になる値+2ADU
split th.= 2.2075×log10(Ex) + 10.359
Ex < 1.84
T2/T1 = 0.0264×Ex-1.57
Ex > 1.84
T2/T1 = 0.00483×Ex1.27
T4/T1
T4/T1 = 3.17×10-5×Ex3.41+0.0122
T5/T1
T5/T1 = 0.0201×Ex-0.543
55Feのスペクトルに
応答関数モデルを適用
解析手順
１ split th.= 8で仮のPHAを決定
２上式に従ってsplit th.を決定
３再度Grade判定を行う。PHAも再決定
T6/T1
今のところ適切なモデルは
得られていない
tailの引き残りが見える→今後の課題

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