Activity Report

全天X線監視装置(MAXI)搭載
X線CCDカメラの開発の現状２
上山大介A，Norbelt NemesA，宮田恵美A
常深博A，松岡勝B，冨田洋B，片山晴善B，宮口和久C
阪大理A，NASDAB，HPKC
MAXI
(Monitor of All-sky X-ray Image)
国際宇宙ステーションの日本実験棟（JEM）曝露部に
搭載する全天X線観測装置（2007年度打ち上げ予定）
Grapple fixture for a robot arm
Radiator for X-ray CCDs
Optical Star Sensor
Electronics
Solid-state Slit
Cameras (SSC)
185cm
80cm
Gas Slit Cameras (GSC)MAXI 搭載部 Total weight: 500
kg
宇宙開発事業団提供
MAXI搭載用素子の選定
•
•
•
MAXIには16枚のCCDで構成するX線CCDカメラを2台搭載。
搭載候補用CCDの性能を測定し、素子の選定を行う。
性能測定は55FeのX線を照射して行う。
EMカメラをX線入射方向から見た図
CCD素子
選定素子数 48素子
32素子
⇒ フライトカメラ
16素子
⇒ スペアカメラ
30cm
CCD
MAXI用CCD素子
• MAXIには浜松ホトニクス社製CCDを用いる。
• MAXI用CCDは浜松ホトニクス社にて選定後、
大阪大学で性能評価を行う。
MAXI用CCD
MAXI用CCDの仕様
画素数 : 1024×1024
画素サイズ : 24mm×24mm
フルフレーム転送型
1段式ペルチェクーラー内蔵
可視光遮断装置内蔵
三面バッタブル
測定項目
測定項目
合格基準値
読み出し雑音
エネルギー分解能
(シングルイベント、FWHM、5.9keV)
検出効率 (5.9keV)
<10[e-] (システムノイズ 6e-)
空乏層厚
縦転送電荷転送非効率（縦転送CTI)
> 45 [mm]
横転送電荷転送非効率（横転送CTI)
< 1×10-6
< 160 [eV]
> 80 [%]
< 1×10-5
電荷注入量の最適化
暗電流の温度依存性
ゲインの温度依存性
読み出し雑音の温度依存性
<1 [e-/pixel/s](-50℃)
温度 [℃]
実験概要
①
②
③
時間
① -60℃でX線を照射しデータ取得。エネルギー分解能、読み出し雑音、検出効率、
空乏層厚、縦転送CTI、横転送CTI、最適電荷注入量を測定する。
② -100℃にて再びエネルギー分解能、読み出し雑音、検出効率、CTIを測定する。
③ -100℃から-20℃まで暖めながら暗電流、ゲイン、読み出し雑音の温度依存性を測
定する。
測定結果
現在40素子の性能を測定。
5素子：転送等に問題あり
・特定の領域(x:50~300)で縦流れを生じる。
(3素子)
・正常に電荷注入できない。(2素子)
縦流れ素子
縦
転
送
方
向
横転送方向
正常なCCDのイメージ
縦流れCCD 中央部イメージ
中央より上側で縦流れ
電荷注入異常素子
電荷注入法：特定の画素に人工的に電荷を注入することにより、
悪化したCTIを回復させる方法
正常な電荷注入時のイメージ
電荷注入異常素子のイメージ
横1ラインにのみ電荷が注入
電荷が上側にあふれ出る
測定結果
現在40素子の性能を測定。
5素子：転送等に問題あり
・特定の領域(x:50~300)で縦流れを生じる。
(3素子)
・正常に電荷注入できない。(2素子)
29素子：すばらしい性能
⇒ フライトカメラ
6素子 :ＣＴＩが他素子に比べ２～３倍大きい
⇒ スペアカメラ
測定結果例(1)
ヒストグラム
(シングルイベント、-60℃)
Mn-ka(5.9keV)
136±3[eV]
1000 読み出し雑音
7.5 ±0.1[e-]
800 検出効率
93 ±3[%]
600
400
Mn-kb(6.4keV)
200
0
5.5
6.0
エネルギー [keV]
暗電流 [e-/pixel/s]
カウント数
1200 エネルギー分解能
暗電流の温度依存性
6.5
温度 [℃]
横線：-50℃での合格基準値
測定結果例(2)
ゲインの温度依存性
読み出し雑音の温度依存性
-70℃~-50℃間の変化：0.5%
-100℃~-20℃間の変化:1.3%
ゲイン[eV/ch]
読み出し雑音 [e-]
-70℃~-50℃間の変化：5%
-100℃~-20℃間の変化:13%
温度 [℃]
温度 [℃]
測定結果まとめ(1)
素
子
数
転送不良コラム数
ホットピクセル数
赤線：-100℃でのホットピクセル数
測定結果まとめ(2)
素
子
数
読み出し雑音 [e-]
左図赤線：システムノイズを6e-とした
ときのCCD固有の雑音
エネルギー分解能 [eV]
(FWHM、5.9keV)
右図赤線：システムノイズを除い
たときのエネルギー分解能
測定結果まとめ(3)
素
子
数
55
60
80
65 70
空乏層厚 [mm]
検出効率(5.9keV) [%]
暗電流(-50℃) [e-/pixel/s]
測定結果まとめ(4)
素
子
数
×10-6
縦転送CTI
×10-7
横転送CTI
まとめと今後について
MAXI搭載候補用素子40個の性能を測定した。
 素晴らしい性能を持つ素子を29個、CTIに問題を
持つ素子を6個、転送等に問題を持つ素子を5個
ある事を確かめた。
 搭載候補用素子が同じ電圧下で、一定範囲内の
素晴らしい性能を持つことを確かめた。
 今後について
・48素子選び出すまで、さらに選定作業を続ける。
・フライトカメラ、スペアカメラに搭載する素子を決
定する。(性能順、電荷注入のパラメータ)


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