M1M2 seminar 気球搭載硬X線撮像実験SUMIT搭載 焦点面検出器SD-CCDの開発 青野道彦 目次 開発動機 気球搭載硬X線撮像実験SUMIT ‣ SUMIT用 SD-CCD ‣ SUMIT用 SD-CCD システム ‣ フライトデータ 開発動機 これまで未開拓の10keV以上での撮像観測を行い、 非熱的宇宙の観測、解明を行う 現在80keVまでの高い集光能力を持つ望遠鏡として 名古屋大学が中心にスーパーミラーを開発 これまでのX線天文衛星に搭載していたCCDカメラは 10keV以上の硬X線に対して感度が低い CCDにシンチレータを直接接着した 新しい検出器SD-CCDを開発 ⇒ 宇宙史におけるブッ 熱的、非熱的 スペクトル www.isas.jaxa.jp/home/ rigaku/WG/FFAST_P.pdf より抜粋 非熱的放射成分 熱的放射 成分 FFAST energy (keV) 熱的 黒体輻射 星 降着円盤 スペクトル 熱制動放射 HⅡ領域 コロナ 銀河間ガス 非熱的 シンクロトロン放射 超新星残骸 活動銀河 スペクトル 逆コンプトン放射 X線星 活動銀河 FFASTの観測により、高エネルギー側へ大きく（ 目 スーパーミラー 検出 1 40cm 0.8 スーパーミラー 高エネルギー領域へ ASCA SUZAKU XMM-Newton Chandra 検出効率 Effective area[cm2] 望遠鏡のエネルギーに対する有効面積 (名大) スーパーミラー望遠鏡（ 名大） 0.6 0.4 0.2 0 energy (keV) 0 新しい検出器SD-CCDの開発 X線の入射方向にCCDを配置し、 CCDの下に直接シンチレータを接着 0.3∼10keVはCCDで直接検出 CCDを透過した硬X線はシンチレータで X線 可視光に変換 CCD CCDは可視光領域で高い感度を持つ シンチレータの放出光を 同じCCDで検出 シンチレータ Alコーティング シンチレータ シンチレータ シンチレータとしてCsI(Tl)を用いた ➡ CsIは有効原子番号が大きく硬X線 Alコーティング に対する感度が高い ➡ 放出するシンチレーション光量が多い ➡ CsI(Tl)の放出光の平均波長は550nmであり、 CCDでの検出効率は85%と高い 結晶を柱状にすることにより、横方向の光の 広がりを抑え位置分解能が向上できる 10μm X線 CCD シンチレータの発光原理 伝導帯 活性化物質 の励起状態 シンチレーション光子 価電子帯 活性化物質 の基底状態 SD-CCDの位置分解 17.4keVのX線をSD-CCDに照射したとき 得たイメージ(photon counting mode) 5mm 位置分解能： 10 ± 3µm (FWHM) 100µm SPring-8での性能評価実験 Energy resolution (%) Residuals(%) Peak channel(ADU) BL20-B2で20∼80keVの単色X線を照射 Energy(keV) 20∼80keVに良い線形性 Energy (keV) -50℃ スーパーミラーのOn-axis image SD-CCD 40cm 40keVのX線をスーパーミラーで 集光し、SD-CCDで検出 SD-CCD の高いイメージング能力 Counts スーパーミラー 目次 開発動機 気球搭載硬X線撮像実験SUMIT ‣ SUMIT用 SD-CCD ‣ SUMIT用 SD-CCD システム ‣ フライトデータ 硬X線撮像観測気球実験SUMIT 40cm 8m 焦点面検出器 SD-CCD(scintillator + CCD) エネルギー分解能31%@59.5keV HXI(scintillator+PMT) エネルギー分解能15.3% 位置分解能2.2mm @59.5keV 気球実験SUMITで使用するSD-CCD CCD 31mm 浜松ホトニクス製 ウエハー Pch完全空乏型裏面照射素子 転送方式 フレームトランスファー 画素サイズ 15 15μm2 有効画素数 2048 2112 視野 13.3 13.4 読み出し口 4 フレームレート 200ms SD-CCD 31mm 柱状結晶CsI(Tl):厚さ300µm シンチレータを接着 241Am Counts を照射して得た イメージとスペクトル エスケープ 59.5keV 17keV Pulse height (ADU) 31mm -50℃ FWHM 31 1% 検出効率60 1% @59.5keV 目次 開発動機 気球搭載硬X線撮像実験SUMIT ‣ SUMIT用 SD-CCD ‣ SUMIT用 SD-CCD システム ‣ フライトデータ SUMIT用SD-CCDシステム Vacuum chamber clock, output, signals HK leak emission Relay to system DP Double tone command telemetry & command SD-CCD MiKE system (AE, DE, TCE) DP (armadillo+) Pressure vessel battery SUMIT用SD-CCDシステム 与圧容器 真空チャンバ 真空チャンバ 390mm armadillo 与圧容器 SD-CCD •SD-CCDは真空チャンバに実装 •放射冷却と電子冷却装置(ペルチェ)で -50℃にコントロール MiKE •エレクトロニクス(MiKEとarmadillo) は与圧容器内で動作 SD-CCDデータ取得システム iCDS+ADC TCE PSU DE MiKE (SD-CCDデータ取得装置) sequencer HK •SD-CCDを駆動 •HK情報を取得 •ペルチェの制御 •乾電池を一定の電圧に制御 DAC armadillo(DP) •SD-CCDのデータ処理 •テレメトリデータの編集 •オンボードでデータを保存 目次 開発動機 気球搭載硬X線撮像実験SUMIT ‣ SUMIT用 SD-CCD ‣ SUMIT用 SD-CCD システム ‣ フライトデータ 気球放球(2006年11月19日) 気球 約150m ゴンドラ 気球高度・航跡 気球は観測終了後洋上に落下 D5V D3.3V 5 3 A-12V A12V A5V 一定に制御した電圧 7 5 7 5 14 12 レベルフライト レベルフライト -12 -14 0 10000 20000 30000 Time since launch (sec) 40000 SD-CCDとエレクトロニクスの温度 エレクトロニクスの温度 SD-CCDの温度 SD-CCDは最適動作温度-50℃にコントロール エレクトロニクスも動作保証温度(-55℃∼80℃)内で動作 -50℃ レベルフライト -55℃ SD-CCDで得たイメージ テレメトリデータから粒子イベントを 取り除いてイメージを取得した 3.1counts/sec 32mm preliminary result 一部のデータを取得する ことができなかった。 まとめ スーパーミラーの焦点面検出器としてシンチレータとCCD を組み合わせた高性能広帯域X線検出器SD-CCDを開発している。 SUMIT用の大面積SD-CCDを開発した。 ‣エネルギー分解能は59.5keVで31 ‣検出効率は59.5keVで60 1%(FWHM)であった。 1%であった。 2006年11月19日にブラジルで 硬X線撮像観測気球実験SUMITを行った。 フライト中すべての機器が正常に動作した。 ‣SD-CCDを最適動作温度-50℃にコントロールできた。 ‣テレメトリデータからイメージを再構築できた。
© Copyright 2024 Paperzz
