Namiki - 大阪大学X線天文グループ

Astro-E2搭載用X線CCDカメラ
XISの軟X線領域での較正 (III)
並木雅章
林田清、鳥居研一、勝田哲、東海林雅幸、
松浦大介、宮内智文、常深博 (阪大理)、
片山晴善 (JAXA)、幸村孝由 (工学院大)、
Astro-E2 XISチーム
XIS (X-ray Imaging Spectrometer)
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Astro-E2衛星に（計4台）搭載するX線CCD （24 mm 角; 1k×1k）
各入射X線光子の
位置を測定 → Imaging （XRT: HPD ~ 2分角）
エネルギーを測定 → Spectroscopy (ΔE/E = 2.2%@5.9keV)
表面照射型（FI）CCDカメラ3台に加え、低エネルギー領域で感度
の良い裏面照射型（BI）CCDカメラ1台
XIS2
Astro-E2
30cm
5m
XISの較正
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

0.2-2.2 keV
1.5-12.0 keV
‥ 大阪大学
‥ 京都大学が、それぞれを担当
機能・性能試験： 2003/12 -- 2004/09
FI-CCD： 4台 (FI-0, FI-1, FI-2, FI-3)、BI-CCD： 2台 (BI-0, BI-1)
EU： 1台 (FM同等品; Engineering Unit) *黄色は搭載用
測定内容
地上データ処理の最適化
(W26b 山口、 W28b 宮内)
 単色X線に対する応答波高分布
(W26b 山口)
 X線エネルギーと出力波高の線形性
 X線エネルギーとエネルギー分解能の関係
 X線エネルギーに対する量子効率
(W27b 松浦)
 検出器の構成物質による吸収端での微細構造
 電荷注入機能
(W25b 中嶋)

On the ground Onboard DE
XIS のデータの流れ
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フレームデータ / 8 sec
• ダークレベルの差し引き
• イベント抽出
PH(E) > Event Threshold
• 5x5, 3x3 or 2x2 モード
イベントデータ
• Charge Trail Correction
~ CTI; PH(E) → PH(5), (7)
• Grade 判定
S PH(i) (> Split Threshold)
select grade = 0,2,3,4,6
• バッドコラムのフィルタリング
データ解析
• スペクトル、イメージ、
ライトカーブ
Grade 定義
⓪
④
①
⑤
②
⑥
③
⑦
Charge Trail Correction
Pixel Level のピークのズレの量と転送回数の関係 ~ 相関あり
1転送あたりの電荷の取りこぼし量/中心PH(E)
= 電荷転送非効率(CTI)
= (4.5±0.3)×10-6 [ Transfer-1 ] at 5.9 keV (BI-1)
PH(E) vs. 縦転送方向CTI
• 同じエネルギーでも検出位置によりスペ
クトルのピークが系統的に変化 → 要補正
• 実効的な検出効率: 最大10~20%増加
← Grade7の減少
BI-1
VCTI =
1.5E-04× PH(E)-0.5
• エネルギー分解能も良化
← Low Energy tail の減少
• 横転送、FI についても同様
• 原因は電荷トラップか
温度依存性 ~ トラップ⇔ 再放出
(温度↑ CTI ↓)
較正実験概要
Silicon-K Edge Spectrometer
- ブレーズド回折格子
- グレーティング ~ E @ O-K, Si-K edge
SES分散スペクトル
イベント抽出画像
O-Ka輝線
C-Ka輝線
① 比例計数管の絶対検出効率を測定（斜入射較正法）
② XIS-EUを比例計数管に対して相対的に較正（同時測定）
③ XIS-FMを、EUに対して相対的に較正
2003/12 EU&PCEUS2PCS3S2EUS0S1S0EU
S0EUBI0BI1EUBI1EUEU&PCBI0EU
2004/09
単色X線に対する応答
輝線プロファイル (Astro-E1 vs. E2)
Counts
O-K
0.525keV
FI-1
(1) メインピーク：空乏層での吸収
BI-1
(2) サブピーク：Sp-th以下の取りこぼし
(3) 三角成分：チャンネルストップ
(4) 定数成分：空乏層と絶縁層の境界
(SiO2層)
PH [ch]
PH [ch]
S1: 4.7ch~7.7%(FWHM)
T2: 0.039
T3<1.8e-3
T4=6.5e-3
S1:5.1ch~9.0%(FWHM)
T2: 0.030
T3<2.9e-4
T4=1.1e-2



FI-2
BI-1

O-Ka 輝線
FI、BIともに上記モデ
ルで良く再現
三角成分は1号機の
~1/80 以下なので、3成
分でも可
高エネルギー側では、
+Si エスケープ成分
入射X線エネルギーと PH、FWHM
FI-0
BI-1
入射エネルギーと波高値
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

FI, BI ともに、ほぼ良い
線形性
直線モデルで約 8eV の
再現性
PH = 0.28*E +3.05 (FI)
0.26*E -1.36 (BI)
入射エネルギーと
エネルギー分解能


FIが、1.5 keV 付近で悪
化 ← Al K-Edge (filter)
FWHM@ 1 keV
~57 eV (BI)
~53 eV (FI)
X線強度の変化と相対検出効率
同条件で測定した分散スペクトル
入射X線強度の時間変化
エネルギーEでの
相対検出効率
2004.4 (EU)
K(E)倍
2004.4.5 (EU)
2004.2.4 (FM)
2003.12.30(EU)
E
Counts/8sec
DE
2004.2 (FM)
2004.2 (EU)
2003.12(EU)
y=at+b
y=K(E)×(at+b)
繰り返し同じ条件で測定
X線発生装置からのスペクトルが
稼働時間の関数として変化
ターゲット： Ag
260時間使用後
稼働時間 [h]
フィラメント(W)から
の蒸着が原因か
相対検出効率と絶対検出効率
FI-1
BI-1
K(E)
系統誤差: 5%以下
K(E) ~ [email protected] keV
SiO2
Si
Si3N4
Si depletion
Constant
Best Fit Estimates
0.443±0.039mm
0.181±0.029mm
0.000±0.016mm
68.9±1.7mm
0.857±0.003
K(E) ~ [email protected] keV
~ [email protected] keV
Best Fit Estimates
HfO2
0.005mm fixed
Ag
0.001mm fixed
SiO2
0.000±0.0005mm
Si depletion 45.7±0.7mm
Constant
0.934±0.003
XAFS のモデル化
XAFS (X-ray Absorption Fine Structure)
－ XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure
－ EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure)
X線不感層
電極 (Si)
保護膜 (SiO2)
BI
FI
エネルギー範囲を分割
⇒ モデルフィッティング
⇒ エネルギーの関数
⇒ 量子効率への組み込み
XAFSの量子効率への組み込み
モデル関数 (ref. Astro-E1)
FI-2
Eedge = 0.532 ±0.001 keV
red. c2 = 1.3178
–Kedge XAFS
(d.o.f. =Si
418)
もモデルを作成中
Si-Ka 吸収端付近のXAFS
O-Ka edge 領域と同様にモデル化
Si-Ka 吸収端付近のXAFS
Eedge = 1.840 ±0.001 keV
red. c2 = 0.727
(d.o.f. = 29)
まとめと現状
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2003/12-2004/09 XISカメラ（FI 4台、BI 2台、EU 1台）について
データ取得
量子効率、エネルギー分解能、線形性、読出しノイズ(< 3 e-)、
などの基本性能を測定
解析パラメータの最適化(for XIS-2号機) → 再解析
電荷転送に伴う漏れ出し(電荷転送非効率)を定量的に見積
もり、補正方法を確立
－検出X線イベント数～ 10-20%増加
FI, BI CCD の量子効率モデルを作成
－ BI の量子効率については、再検討、再解析が必要
← PCの量子効率の見直し、再解析
O-Kedge の XAFS をモデル化し、量子効率へ組み込み
京都大学(高エネルギー)側との整合性チェック
→ 応答関数の構築

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