Astro-E2(すざく)衛星の現状 X線CCD検出器(XIS) 松本浩典（京都大学) XIS team: 鶴剛、小山勝二、中嶋大、山口弘悦（京大） 林田清、鳥居研一、宮田恵美、常深博（大阪大学） 堂谷忠靖、尾崎正伸、村上弘志（ISAS/JAXA）、 粟木久光（愛媛大学）、北本俊二（立教大学）、 幸村孝由（工学院大学）、馬場彩、千田篤（理研） その他院生の皆様

内容 打ち上げ前の地上実験の成果をまとめます。 XIS概観 打ち上げ前地上実験 実験方法 Trail correction法 可変split threshold法 電荷注入機能 まとめ 打ち上げ後の性能は、ポストデッドラインペーパー 林田（阪大）「すざくファーストライト：X線CCDカメラXIS」

XIS 概観 XIS システム： CCDカメラ ４台（FI3台,BI1台) ＋AE/TCE ２台 ＋DE(PPU 2台+MPU1台) すざく検出器の中で、撮像と分光の両方が出来る唯一の検出器。

性能表 フレーム転送型CCD Front-side illuminated (FI) 3台 X-ray 電極層 空乏層 ＦＩ フレーム転送型CCD Front-side illuminated (FI) 3台 Back-side illuminated (BI) 1台 視野：　１８ｘ１８分角 エネルギー範囲：　0.2—12 keV ピクセル数: 1024x1024 pixels エネルギー分解能: ~130 eV@5.9 keV 読み出しノイズ： ~3electrons 時間分解能：通常8s (timing mode で 7.8ms) ＢＩ X-ray 空乏層FI60BI40

XIS BI Chandra XMM pn SNR E0102 simulation 500 1000 eV BI FI 500 1000 eV BI FI Chemisorption Processにより電荷収集効率が高まり、エネルギー分解能がFI CCD並。XMM,　Chandraより上。 打ち上げ後の性能は、ポストデッドラインペーパー 林田（阪大）「すざくファーストライト：X線CCDカメラXIS」

地上試験体制 X線発生装置 回折格子 X 線発生装置 XIS XIS 特性X線 京大：1keV<E<12keV Al,Fe,Cu など各種金属 Windowless SSD 比例計数管 （リファレンス） （リファレンス） 京大：1keV<E<12keV 阪大 0.3keV<E<2keV JAXA/ISAS: 熱真空試験、振動試験など各種総合試験

阪大システム projection XAFSも測定 ＣＣＤの優れた空間分解能を エネルギー情報に利用 X-ray energy X-ray image X-ray energy FWHM～5eV O-Kα（0.53keV） こちらがCCDで得られたX線画像です。分散X線が上下方向に当たっています。低エネルギーほど下に分散されていまして、CCDのこの方向の位置とエネルギーは１対１に対応しています。このような明るい筋は、特性X線に対応しています。これを分散方向にプロジェクションしたのがこちらの図です。このようにして得たエネルギースペクトルは、CCDで得られるイベントのエネルギー情報よりもはるかに優れたエネルギー分解能のスペクトルが得られます。このスペクトルを我々は分散スペクトルと呼びます。以降、この分散スペクトルをもとに解析を行いました。 C-Kα (0.28keV) Dispersion direction Number of events/columns

イベント判定 最大出力ピクセル Event Threshold を超えたピクセル。PH計算に加算。 あまり広がっていないもの(Grade=0,2,3,4,6)をイベントと認定 Grade0 Grade1 Grade2 Grade3 Grade4 Grade5 Grade6 Grade7 split over 2x2 region 最大出力ピクセル Event Threshold を超えたピクセル。PH計算に加算。 Ev. Th,を超えたがPH計算に加算しない。

転送するとイベントが減る Grade02346の分布 電荷漏れ補正前 縦転送回数 カウント数 not uniform! ３５０ １５０ ０ ５００ １０００ 縦転送回数

Charge Trailing 縦転送回数 転送するときに、電荷の一部を後ろへ落とすことを発見。 Grade0 Grade2 Grade0 イベント数 縦転送回数 ０ １０００ ５００ ２００ Vertical 転送するときに、電荷の一部を後ろへ落とすことを発見。 transfer Trailing charge Grade0 Grade2 PH

Charge Trail Correction Grade02346の分布 ３００　　　　　　　　　　　　０ ３００　　　　　　　　　　　　０ カウント数 カウント数 not uniform! 電荷漏れ補正後 電荷漏れ補正前 ０ ５００ １０００ ０ ５００ １０００ 縦転送回数 縦転送回数 次第に広がってgrade7になって捨てられてしまうイベントを救う。 電荷漏れ補正により検出効率にして10—20%もアップ。

BI:小さい電荷雲がより広がる 光電吸収 電荷量小 電荷量大 ＦＩ　ＣＣＤ ＢＩ　ＣＣＤ 軟Ｘ線 硬Ｘ線 ＦＩとは事情が反対。

Ｓｐｌｉｔ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ピクセルレベル Split threshold イベント中心 数えない 数える Ｓｐｌｉｔ　Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ 数えない イベント中心 数える ピクセルレベル Split threshold ＢＩ：可変split threshold法 入射Ｘ線エネルギー(～中心ピクセル出力)に応じてthresholdを変化させる。 ＦＩ： threshold 固定 従来のＸ線天文ＣＣＤは全てこちら

単色Ｘ線に対する応答 0.5keVの単色Ｘ線の場合 テール成分は 極めて小さい 0.5 エネルギー(keV) 0.2 ＦＩ 旧バージョン ＦＩ 旧バージョン ＦＩ 新バージョン BI 旧バージョン ＢＩ 新バージョン テール成分は 極めて小さい 0.2 0.5 エネルギー(keV)

検出効率(有効面積;XRT込) 詳しくは ポスターW33 勝田(大阪大) FI: XAFSを取込んだ (酸素、珪素のK吸収端) XIS0 旧 XIS0 新 XIS1 旧 XIS1 新 FI: XAFSを取込んだ　(酸素、珪素のK吸収端) FI and BI: 地上の較正実験の解析結果をより精密に再現させた 詳しくは ポスターW33 勝田(大阪大)

エネルギー vs PH (ゲイン) FI (XIS2) BI(XIS1) 線形性からのずれは 5% 以内

エネルギー分解能(FWHM) ＦＩとＢＩに、大きな差がない！ BI(XIS1) FI(XIS2)

電荷注入機能 4.5keVのX線に相当する電荷量を注入した場合 PH Ｘ線に比べてFWHM～70% →安定した電荷注入を実現 任意のパターンで任意の電荷量をＣＣＤ上部から注入できる。 機上キャリブレーションでの応用に期待 （詳しくはポスターW32:山口(京大))

まとめ 従来のX線天文衛星ＣＣＤ(あすか、Chandra, XMM)では考慮されなかったtrail correction法、可変split threshold法を開発。CCDの持つ性能を十分に引き出している。 電荷注入法が機上キャリブレーションに使用可能。 （放射線損傷による性能劣化対策にも使用可能) 打ち上げ後の性能については、以下のポスター 林田（大阪大）「すざくファーストライト：Ｘ線ＣＣＤカメラＸＩＳ」 ChandraやXMMに比べると、 有効面積、エネルギー分解能で勝る。

FI CCD と BI CCD 空乏層 Front-side Illuminated 電極 Back-side Illuminated 一般に BI:　低エネルギー側で感度が優れている。 　　　エネルギー分解能に劣る。 FI: 高エネルギー側で感度が優れている。

電荷を落とす割合 Mn-Kα(5.9keV)の場合、一回の転送で4.5e-6の割合の電荷を後ろにこぼす。 Q’ (ADU) N (Number of transfer) V Trailing Charge ≡ Q’[ADU] Mn-Kα(5.9keV)の場合、一回の転送で4.5e-6の割合の電荷を後ろにこぼす。 この割合には、エネルギー依存性あり (E–0.5に比例する)。