ppt - 宇宙線研究室

ASTRO-E2搭載CCDカメラ(XIS)
校正システムの改良及び性能評価
京都大学理学研究科宇宙線研究室
中嶋大、千田篤史、
松本浩典、鶴剛、小山勝二
1.ASTRO-E2/XIS
2005年2月打ち上げ予定
XIS…搭載検出器の1つ(CCD)



撮像分光可能な標準的検出器
エネルギー帯域 0.2-12.0 keV
エネルギー分解能 130 eV @7 keV
京大は高エネルギー側(>2 keV)
の較正実験を担当、
その準備としての実験
打ち上げ
Fright
単体
Model製作一噛み試験
6
2002
2003
10
総合試験
2
2
2004
2005
2.目的
d1
d2
ゲイン・分解能(1号機で詳細に実験済)
検出効率
Q(E)=X線として検出したイベント数(Nd)
XISに入射したphoton数(N0)
=exp[-μSi(E)ρSid1]
× exp[-μSiO2 (E) ρSiO2d2]
×[1- exp(-μSi (E) ρSid3)]
XIS
低エネルギー側のQ(E)…電極・絶縁層厚に大きく依存
高エネルギー側のQ(E)…空乏層厚に〃
d3
d1:電極(Si)厚
d2:絶縁層(SiO2)厚
d3:空乏層(Si)厚
観測のエラー>systematicなエラー
となる精度で求めたい(～4%)
空乏層厚も同等の精度で求めたい
3.測定システム
二次ターゲット
京大クリーンルーム内
X線測定システム
使用したCCDチップ
1号機のPM (SEJ3 w445c2)
絶対強度測定用SSD
Thomson散乱 or
吸収再放出させた
二次X線
XIS
X線発生装置
電子を高圧で加速・
一次ターゲット
(タングステン)中で
制動輻射させる
0.5
1号機…金属の特性X線を当てた
比例計数管(PC)で入射強度を測定
But…絶対強度の導出が困難
1.0
4. 1号機較正実験での問題点と今回の改善点
0.2
①PCの窓(Al膜)の厚みの測定が必要
②特性X線ごとに異なる強度で測定
→X線発生装置の強度は安定か？
絶対強度測定にSSD(Q(E)～1.0)
を用いる
⇒①を解決
二次ターゲットにポリエチレン[-C2H6-]n
を用いる
連続X線を当て、1回の測定でQ(E)を
Eに沿って連続的に求める
⇒②を解決
Q(E)
赤:京大
緑:MIT
黒線(d1,d2,d3)=0.5,0.3,70μm
Energy (keV)
2
5
10
5-1.連続X線スペクトル
W Lα
W Lβ
Ni Kα
Cr Kα
50
W Mα
10
測定諸元
X線発生装置管電圧
20 kV
管電流 0.01mA
積分時間
3600 sec
W Lγ
102
10
2
5
10
15
2
5
10
15
(keV) SSDスペクトルをXISの
(keV)
XISで検出したイベント
位置・有効面積に焼き直したもの
Nd(E)
Nin(E)
Q(E)=Nd(E)/Nin(E)
σQ2=(Nd/Nin)×√[(σNin/Nin)2+(σNd/Nd)2] より検出効率を求める
1.0
5-2.検出効率と空乏層厚
Q(E)=
exp(-μSi(E)ρSid1)
×exp(-μSiO2 (E) ρSiO2d2)
×[1- exp(-μSi (E) ρSid3)]
でフィット
0.5
Q(E)
(エネルギー領域中に
Oエッジが含まれていないため
d2=0.3 μm で固定)
Fe Kα
0.2
Cr Kα Ni Kα
-20 0 20
2
5
10
14
Res.(%)
Energy (keV)
結果: 86 (±4) % @4-5 keV
46 (±1) % @9-10 keV
25 (±1) % @12-13 keV
空乏層厚
68.9(67.6-70.2)μm
精度～2%を達成
XISの目標値である70μmを達成
6.課題とこれからの改善点
課題

低エネルギー(≦2 keV)でSSDのQ(E)が有意に<1.0となり
検出効率を決められなかった
改善点


窓無しSSDを用いる
⇒Be膜の影響が無く、 SSDの低エネルギーでの
Q(E)が～1.0と見なせる(絶対強度が既知)
XISのQ(E)を低エネルギーでも求められる
⇒絶縁層厚(d2)もfittingで決定可能になる
長時間測定
⇒XIS・SSDともに統計の良いデータを取得
検出効率の精度をさらに改善
7.まとめ
2005年2月打ち上げ予定X線天文衛星
ASTRO-E2/XISの較正実験の準備


連続X線を用いて、高エネルギー側(> 2 keV)で
初めて検出効率を連続的に求めた
86 (±4) % @ 4-5 keV
25 (±1) % @ 12-13 keV
空乏層厚を～2%の精度で導出
68.9(67.6-70.2)μm
今後の改善点
低エネルギー領域で検出効率を求めたい
⇒窓無しSSDを用いた測定
 さらに高精度で求めたい
⇒長時間で統計のよいデータセットを得る

測定方法
SSD
XIS
1. 連続X線をXISに当てる
2. 連続X線をSSDに当てる
3. SSDスペクトルをXISの位置、有効面積での
スペクトルに焼きなおす
CCD温度:～-90℃
Cold plate:～-64℃
気圧:2x10^{-6} torr
空乏層厚の導出
segment
Seg.A
Seg.B
Seg.C
Seg.D
空乏層厚
(μm)
73.9
65.8
67.0
68.9
(72.6-75.3)
(64.7-67.0)
(65.8-68.3)
(67.6-70.2)
(μm)
各セグメントとも精度
10%以内を達成
XISの目標である
70μmを達成している
ことを確認
75
70
65
A
B
C
Seg.
D

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