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Astro-E2 搭載用 X 線 CCD カメラ XIS の軟 X 線領域での較正 (III)

Astro-E2 搭載用 X 線 CCD カメラ XIS の軟 X 線領域での較正 (III). 並木 雅章 林田 清、鳥居 研一、勝田 哲、東海林 雅幸、松浦 大介、宮内 智文、常深 博 ( 阪大理 ) 、 片山 晴善 (JAXA) 、幸村 孝由 ( 工学院大 ) 、 Astro-E2 XIS チーム. XIS ( X-ray Imaging Spectrometer ). Astro-E2 衛星に（計 4 台）搭載する X 線 CCD （ 24 m m 角 ; 1k×1k ） 各入射 X 線光子の

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Astro-E2 搭載用 X 線 CCD カメラ XIS の軟 X 線領域での較正 (III)

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  1. Astro-E2搭載用X線CCDカメラXISの軟X線領域での較正 (III) 並木 雅章 林田 清、鳥居 研一、勝田 哲、東海林 雅幸、松浦 大介、宮内 智文、常深 博 (阪大理)、 片山 晴善 (JAXA)、幸村 孝由 (工学院大)、 Astro-E2 XISチーム

  2. XIS (X-rayImaging Spectrometer) • Astro-E2衛星に（計4台）搭載するX線CCD （24 mm 角; 1k×1k） • 各入射X線光子の 　　　　位置を測定 → Imaging（XRT: HPD ~ 2分角） 　　　　エネルギーを測定 → Spectroscopy(ΔE/E = 2.2%@5.9keV) • 表面照射型（FI）CCDカメラ3台に加え、低エネルギー領域で感度の良い裏面照射型（BI）CCDカメラ1台 XIS2 Astro-E2 30cm 5m

  3. XISの較正 • 0.2-2.2 keV ‥ 大阪大学 1.5-12.0 keV‥ 京都大学が、それぞれを担当 • 機能・性能試験： 2003/12 -- 2004/09 FI-CCD： 4台 (FI-0, FI-1, FI-2, FI-3)、BI-CCD： 2台 (BI-0, BI-1) EU： 1台 (FM同等品; Engineering Unit) *黄色は搭載用 • 測定内容 • 地上データ処理の最適化 (W26b 山口、 W28b 宮内) • 単色X線に対する応答波高分布 (W26b 山口) • X線エネルギーと出力波高の線形性 • X線エネルギーとエネルギー分解能の関係 • X線エネルギーに対する量子効率 (W27b 松浦) • 検出器の構成物質による吸収端での微細構造 • 電荷注入機能(W25b 中嶋)

  4. XIS のデータの流れ • フレームデータ / 8 sec • ダークレベルの差し引き • イベント抽出 PH(E) > Event Threshold • 5x5, 3x3 or 2x2 モード • イベントデータ • Charge Trail Correction ~ CTI; PH(E) → PH(5), (7) • Grade判定 S PH(i) (> Split Threshold) select grade = 0,2,3,4,6 • バッドコラムのフィルタリング • データ解析 • スペクトル、イメージ、 ライトカーブ Onboard DE Grade定義 On the ground ⓪ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦

  5. Charge Trail Correction Pixel Level のピークのズレの量と転送回数の関係 ~ 相関あり 1転送あたりの電荷の取りこぼし量/中心PH(E) = 電荷転送非効率(CTI) = (4.5±0.3)×10-6 [ Transfer-1 ] at 5.9 keV (BI-1) PH(E) vs. 縦転送方向CTI • 同じエネルギーでも検出位置によりスペクトルのピークが系統的に変化 → 要補正 • 実効的な検出効率: 最大10~20%増加 • ← Grade7の減少 • エネルギー分解能も良化 • ← Low Energy tail の減少 • 横転送、FI についても同様 • 原因は電荷トラップか • 温度依存性 ~ トラップ⇔ 再放出 • (温度↑ CTI ↓) BI-1 VCTI = 1.5E-04×PH(E)-0.5

  6. 較正実験概要 Silicon-K Edge Spectrometer - ブレーズド回折格子 -グレーティング ~ E @ O-K, Si-K edge SES分散スペクトル ① 比例計数管の絶対検出効率を測定（斜入射較正法） ②XIS-EUを比例計数管に対して相対的に較正（同時測定） ③ XIS-FMを、EUに対して相対的に較正 イベント抽出画像 O-Ka輝線 C-Ka輝線 2003/12 EU&PCEUS2PCS3S2EUS0S1S0EU S0EUBI0BI1EUBI1EUEU&PCBI0EU 2004/09

  7. O-K 0.525keV (1) メインピーク：空乏層での吸収 (2) サブピーク：Sp-th以下の取りこぼし (3) 三角成分：チャンネルストップ (4) 定数成分：空乏層と絶縁層の境界(SiO2層) FI-1 BI-1 輝線プロファイル (Astro-E1 vs. E2) PH [ch] S1: 4.7ch~7.7%(FWHM) T2: 0.039 T3<1.8e-3 T4=6.5e-3 S1:5.1ch~9.0%(FWHM) T2: 0.030 T3<2.9e-4 T4=1.1e-2 Counts FI-2 BI-1 PH [ch] 単色X線に対する応答 • O-Ka輝線 • FI、BIともに上記モデルで良く再現 • 三角成分は1号機の ~1/80 以下なので、3成分でも可 • 高エネルギー側では、+Si エスケープ成分

  8. 入射X線エネルギーと PH、FWHM FI-0 BI-1 入射エネルギーと波高値 • FI, BI ともに、ほぼ良い線形性 • 直線モデルで約 8eV の再現性 • PH = 0.28*E +3.05 (FI) 0.26*E -1.36 (BI) 入射エネルギーと エネルギー分解能 • FIが、1.5 keV 付近で悪化 ← Al K-Edge (filter) • FWHM@ 1 keV ~57 eV (BI) ~53 eV (FI)

  9. エネルギーEでの相対検出効率 K(E)倍 ターゲット： Ag フィラメント(W)からの蒸着が原因か 260時間使用後 X線強度の変化と相対検出効率 同条件で測定した分散スペクトル 入射X線強度の時間変化 2004.4.5 (EU) 2004.4 (EU) 2004.2.4 (FM) 2004.2 (FM) 2003.12.30(EU) 2004.2 (EU) DE Counts/8sec y=at+by=K(E)×(at+b) E 2003.12(EU) 繰り返し同じ条件で測定 X線発生装置からのスペクトルが稼働時間の関数として変化 　　　　稼働時間　[h]

  10. 系統誤差: 5%以下 相対検出効率と絶対検出効率 FI-1 BI-1 K(E) K(E) ~ 80@0.28 keV~ 10@0.6 keV K(E) ~ 1.1@0.6 keV

  11. XAFS のモデル化 XAFS (X-ray Absorption Fine Structure) － XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure － EXAFS (Extended X-ray Absorption FineStructure) X線不感層 　電極 (Si) 　保護膜 (SiO2) BI FI エネルギー範囲を分割 　⇒ モデルフィッティング 　　　⇒ エネルギーの関数 　　　　　⇒ 量子効率への組み込み

  12. XAFSの量子効率への組み込み モデル関数 (ref. Astro-E1) FI-2 Eedge = 0.532 ±0.001 keV red. c2 = 1.3178 (d.o.f. = 418) Si –Kedge XAFS もモデルを作成中

  13. Si-Ka 吸収端付近のXAFS O-Ka edge 領域と同様にモデル化

  14. Si-Ka吸収端付近のXAFS Eedge = 1.840 ±0.001 keV red. c2 = 0.727 (d.o.f. = 29)

  15. まとめと現状 • 2003/12-2004/09 XISカメラ（FI 4台、BI 2台、EU 1台）についてデータ取得 • 量子効率、エネルギー分解能、線形性、読出しノイズ(< 3 e-)、などの基本性能を測定 • 解析パラメータの最適化(for XIS-2号機) → 再解析 • 電荷転送に伴う漏れ出し(電荷転送非効率)を定量的に見積もり、補正方法を確立 － 検出X線イベント数 ～ 10-20%増加 • FI, BI CCD の量子効率モデルを作成 －BI の量子効率については、再検討、再解析が必要 ← PCの量子効率の見直し、再解析 • O-Kedge の XAFS をモデル化し、量子効率へ組み込み • 京都大学(高エネルギー)側との整合性チェック → 応答関数の構築

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