Transcript PPT - 京都大学

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。
1. XIS概観
2. 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
3. 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
X-ray
ＦＩ
電極層
•フレーム転送型CCD
空乏層
•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 [email protected] 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
XIS BI
SNR E0102 simulation
Chandra
BI
FI
XMM pn
eV
0
500 1000
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
XIS
XIS
特性X線
Windowless SSD
回折格子
Al,Fe,Cu
など各種金属
（リファレンス）
京大：1keV<E<12keV
比例計数管
X
線
発
生
装
置
（リファレンス）
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
ＣＣＤの優れた空間分解能を
エネルギー情報に利用
•
X-ray image
FWHM～5eV
O-Kα
（0.53keV）
XAFSも測定
C-Kα
(0.28keV)
Dispersion direction
Number of events/columns
X-ray energy
projection
イベント判定
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
Grade3
Grade6
Grade1
Grade4
Grade7
Grade2
Grade5
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
カウント数
３
５
０
not uniform!
１
５
０
電荷漏れ補正前
０
５００
縦転送回数
１０００
Charge Trailing
２
０
０ Grade0
イ
ベ
ン
ト
数
００
５００
縦転送回数
０
１０００ ０
Vertical
２
０
０ Grade2
５００
縦転送回数
１０００
PH
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
Grade0
transfer
Trailing charge
transfer
Grade2
Charge Trail Correction
Grade02346の分布
３
０
０
カウント数
カウント数
３
０
０
not uniform!
電荷漏れ補正後
電荷漏れ補正前
０
０
５００
縦転送回数
１０００
０
０
５００
縦転送回数
１０００
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
軟Ｘ線
硬Ｘ線
軟Ｘ線
硬Ｘ線
電荷量小
電荷量大
光電吸収
電荷量小
電荷量大
ＦＩ ＣＣＤ
ＢＩ ＣＣＤ
ＦＩとは事情が反対。
Ｓｐｌｉｔ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ
ピ
ク
セ
ル
レ
ベ
ル
Split threshold
イ数
ベえ
ンる
ト
中
心 ＢＩ：可変split threshold法
ＦＩ：
入射Ｘ線エネルギー(～中心
threshold 固定
ピクセル出力)に応じて
従来のＸ線天文ＣＣＤ
thresholdを変化させる。
は全てこちら
数
え
な
い
単色Ｘ線に対する応答
0.5keVの単色Ｘ線の場合
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
0.2
エネルギー(keV) 0.5
テール成分は
極めて小さい
検出効率(有効面積;XRT込)
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)
線形性からのずれは 5% 以内
BI(XIS1)
エネルギー分解能
(FWHM)
ＦＩとＢＩに、大きな差がない！
FI(XIS2)
BI(XIS1)
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%
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。
→安定した電荷注入を実現
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
電極
空乏層
Front-side Illuminated
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。
Trailing Charge
≡ Q’[ADU]
Q’ (ADU)
電荷を落とす割合
V
N (Number of transfer)
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)。