ASTRO-E2搭載CCDカメラ(XIS)校正システムの改良及び性能評価

Presentation on theme: "ASTRO-E2搭載CCDカメラ(XIS)校正システムの改良及び性能評価"— Presentation transcript:

1 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

2 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　 keV エネルギー分解能　130 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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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( )μm Res.(%) -20 Energy (keV) 結果: 86 (±4) keV 　　　 46 (±1) keV 　　　 25 (±1) keV 精度～2%を達成 XISの目標値である70μmを達成

8 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

9 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) keV 空乏層厚を～2%の精度で導出 68.9( )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

10

11 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

12 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 ( ) 65.8 ( ) 67.0 ( ) 68.9 ( ) (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.