全天X線監視装置（MAXI)搭載用CCDカメラ の開発の現状

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1 全天X線監視装置（MAXI)搭載用CCDカメラ の開発の現状
片山晴善、冨田洋、松岡勝(JAXA)、常深博、宮田恵美 (大阪大学) URL: Solid-state Slit Camera (SSC)は全天X線監視装置(MAXI)搭載のX線CCDカメラである。 SSCはMAXIの低エネルギーバンド(0.5-10keV)をカバーする検出器であり、銀河系内に分布する元素の分布を輝線を用いてマッピングすることなどを目的としている。SSCはコリメーターを用いたCCDカメラで、浜松ホトニクス社製の1k×1kのCCDチップを16素子搭載し、2台のSSCカメラで90×1.5°の視野をカバーする。SSCはループヒートパイプ(LHP)とペルチェクーラを用いて-60℃程度まで 冷却され、観測を行う。現在はコリメーター、カメラ、エレキのエンジニアリングモデル(EM)が製作され、性能評価等を行っている。 カメラ、エレキを組み合わせた性能評価試験では、ペルチェの冷却性能や定温度制御など、さまざまな項目を測定した。また55Fe線源や蛍光X線を用いてエネルギースケールや、エネルギー分解能を測定した。その結果-60℃での読みだしノイ ズが5electron程度、エネルギー分解能でも、5.9keVで150eV前後であり、フライトに向けて十分な性能であることを確認した。 これらの結果を踏まえ、Flight Model (FM) の設計を固め、2005年度よりFMの製作に入る予定である。 1. SSCの概要 3. SSC-EMカメラ Slit and collimator SSCは現在、Engineering Model (EM)の製作をほぼ終了し、Flight Model (FM) の設計段階に入っている。EMに取り付けられているCCDのうち半分は、大阪大学でスクリーニングを行った、FM相当のCCDである[3] 。 SSC-EMはJAXA/筑波宇宙センターにおいて性能評価を行っており、 SSCの性能 CCDs SSCの概観 Solid-state Slit Camera (SSC)は、全天X線監視装置(Monitor of All-sky X-ray Image: MAXI)[1]搭載のX線CCDカメラとして、開発が進められている。SSCはMAXIの低エネルギーバンド(0.5-10keV)をカバーする検出器であり、銀河系内に分布する元素の分布を輝線を用いてマッピングすることなどを目的としている。 SSCは水平、垂直方向に2つのカメラを持ち、それぞれには、16素子のCCDチップが搭載されている。SSCの視野はSlitとSlat Collimatorにより制限されており、それぞれの視野の大きさは1.5×90°である。 SSCのCCDは、Loop Heat Pipe Radiation System (LHPRS)[2]とペルチェ素子を用いて-60℃で駆動される。 LHPRSはSSCのカメラ全体を-20℃まで冷却する。ペルチェ素子は1CCDにつき1W程度の電力で、温度差40℃をつけることができる。刻々と変化するISSの熱環境により、カメラの温度は変動するが、CCDの温度は常に一定に保たれるように制御することが可能となっている。 これらの性能評価の結果を元にFMの設計が最終決定される。FMの製作は 2005年度より開始される予定である。 4. SSC-EMの性能評価 SSC chamber Second target chamber X-ray generator SSCの性能評価は筑波宇宙センターの性能評価システムを用いて行われている。SSCの性能評価試験では、主に蛍光X線を用いX線に対する応答を調べるとともに、温度制御などの試験も行っている。 チャンバ内のSSCはヘリウム冷凍機を用いて、-20℃まで冷却される。CCDは内蔵したペルチェにより、-60℃まで冷却されるが、ペルチェに流れる電流を制御することにより、Hot側の温度が変化してもCCDの温度は一定に保たれるようになっている。 試験では、Hot側の温度を10℃変化させても、CCDの温度は±1℃で制御できることを確認した。 X線に対する応答は、Al, Cl, Ti, V, Fe, Ni, Znなどの蛍光X線をCCDに照射して、読み出しノイズやエネルギースケール、エネルギー分解能が調べられた。 カメラユニットの概観 SSCの性能評価システム カメラ温度 ペルチェ 電流値最大 CCD Hot側温度 CCD 温度 LHPRSの概観 SSCの定温度試験の温度profile 2. SSC/CCD これらの試験の結果、-60℃での読み出しノイズは5electron程度、エネルギー分解能は5.9keV付近で150eV前後であり、FMに向けて十分な性能であることを確認した。 SSCのCCDは浜松ホトニクス社製のFull Frame Transferタイプを使用しており、 空乏層厚は、ASTRO-E2/XISに並ぶ70mmを達成している。 1pixelあたりの読み出し速度は8msで、時間分解能を稼ぐため、縦方向の電荷は加算して読み出される。最速の64line加算の場合、1カメラあたり約2秒で全CCDのデータを読み出すことが可能である。これにより、ISSの早い動きに対しても、位置分解能を確保することができる。 (右)蛍光X線照射時のSSCスペクトル、（中央）エネルギースケール (左)エネルギー分解能 参考文献 [1]森井幹雄　他、宇宙科学シンポジウム　p4-21 [2]上野史郎　他、宇宙科学シンポジウム　p3-14 [3]上山大介、　修士論文、大阪大学　2004