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) 京大は高エネルギー側(>2 keV) 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 Model製作 単体 試験 一噛み 総合試験 6 10 2 2 2002 2003 2004 2005

2.目的 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 d1 d2 d3 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　〃 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 d1:電極(Si)厚 d2:絶縁層(SiO2)厚 d3:空乏層(Si)厚

3.測定システム 京大クリーンルーム内 X線測定システム 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 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) XIS 絶対強度測定用SSD 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 Thomson散乱 or 吸収再放出させた 二次X線

4. 1号機較正実験での問題点と今回の改善点 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 4. 1号機較正実験での問題点と今回の改善点 1.0 Q(E) 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 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？ 0.5 赤:京大 緑:MIT 黒線(d1,d2,d3)=0.5,0.3,70μm Energy (keV) 0.2 2 5 10 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

5-1.連続X線スペクトル 50 102 10 10 2 5 10 15 2 5 10 15 (keV) (keV) 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 5-1.連続X線スペクトル W Lα W Lβ Ni Kα W Lγ Cr Kα 50 102 W Mα 10 10 2 5 10 15 2 5 10 15 (keV) (keV) XISで検出したイベント SSDスペクトルをXISの 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

5-2.検出効率と空乏層厚 1.0 Q(E)= exp(-μSi(E)ρSid1) ×exp(-μSiO2 (E) ρSiO2d2) ×[1- exp(-μSi (E) ρSid3)] でフィット (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) Q(E) 0.5 Fe Kα Cr Kα Ni Kα 0.2 2 5 10 14 20 空乏層厚 68.9(67.6-70.2)μm Res.(%) -20 Energy (keV) 結果: 86 (±4) % @4-5 keV 　　　 46 (±1) % @9-10 keV 　　　 25 (±1) % @12-13 keV 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 今後の改善点 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 連続X線をXISに当てる 連続X線をSSDに当てる CCD温度:～-90℃ Cold plate:～-64℃ 気圧:2x10^{-6} torr

空乏層厚の導出 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 segment Seg.A Seg.B Seg.C Seg.D 空乏層厚 (μm) 73.9 (72.6-75.3) 65.8 (64.7-67.0) 67.0 (65.8-68.3) 68.9 (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 D Seg.