Astro-E2Astro-E2 搭載用搭載用 XX 線線 CCDCCD カメカメララ

XISXIS の軟の軟 XX 線領域での較正 線領域での較正 (III)(III)

並木 雅章並木 雅章林田 清、鳥居 研一、勝田 哲、東海林 雅林田 清、鳥居 研一、勝田 哲、東海林 雅幸、松浦 大介、宮内 智文、常深 博 幸、松浦 大介、宮内 智文、常深 博 (( 阪阪

大理大理 )) 、、片山 晴善 片山 晴善 (JAXA)(JAXA) 、幸村 孝由 、幸村 孝由 (( 工学院工学院

大大 )) 、、Astro-E2 XISAstro-E2 XIS チームチーム

XIS (XIS (X-rayX-ray Imaging SpectrometerImaging Spectrometer))

30cm

Astro-E2Astro-E2 衛星に（計衛星に（計 44 台）搭載する台）搭載する XX 線線 CCD CCD （（ 24 24 m m 角角 ; ; 1k×1k1k×1k ））

各入射各入射 XX 線光子の線光子の　　　　位置を測定 → 　　　　位置を測定 → ImagingImaging （（ XRT: HPD ~ 2XRT: HPD ~ 2 分角）分角）　　　　エネルギーを測定 → 　　　　エネルギーを測定 → SpectroscopySpectroscopy 　　 (ΔE/E = 2.2%@5.9keV)(ΔE/E = 2.2%@5.9keV) 表面照射型（表面照射型（ FIFI ）） CCDCCD カメラカメラ 33 台に加え、低エネルギー領域で感台に加え、低エネルギー領域で感

度の良い裏面照射型（度の良い裏面照射型（ BIBI ）） CCDCCD カメラカメラ 11 台台XIS2

5m

Astro-E2

XISXIS の較正の較正 0.2-2.2 keV 0.2-2.2 keV 　　‥ 大阪大学　　‥ 大阪大学

1.5-12.0 keV1.5-12.0 keV 　 ‥ 京都大学が、それぞれを担当　 ‥ 京都大学が、それぞれを担当 機能・性能試験： 機能・性能試験： 2003/12 -- 2004/092003/12 -- 2004/09

　　　　　　 FI-CCDFI-CCD ： ： 44 台 台 ((FI-0FI-0, FI-1, , FI-1, FI-2FI-2, , FI-3FI-3)) 、、 BI-CCDBI-CCD ： ： 22 台 台 (BI-0, (BI-0, BI-1BI-1))

　　　　　　 EUEU ： ： 11 台 台 (FM(FM 同等品同等品 ; ; EEngineering ngineering UUnit) *nit) * 黄色黄色は搭載用は搭載用 測定内容測定内容

地上データ処理の最適化 (W26b 山口、 W28b 宮内 ) 単色単色 XX 線に対する線に対する応答波高分布応答波高分布 (W26b 山口 ) XX 線エネルギーと出力波高の線エネルギーと出力波高の線形性線形性 XX 線エネルギーと線エネルギーとエネルギー分解能エネルギー分解能の関係の関係 XX 線エネルギーに対する線エネルギーに対する量子効率量子効率 (W27b 松浦 ) 検出器の構成物質による検出器の構成物質による吸収端での吸収端での微細構造 電荷注入機能 (W25b 中嶋 )

XIS のデータの流れ フレームデータ フレームデータ / 8 sec

• ダークレベルの差し引きダークレベルの差し引き• イベント抽出イベント抽出

PH(E) > Event ThresholdPH(E) > Event Threshold• 5x5, 3x3 or 2x2 5x5, 3x3 or 2x2 モードモード

イベントデータイベントデータ• Charge Trail Correction

~ CTI; PH(E) → PH(5), (7)

• Grade 判定判定　 　 PH(PH(ii) (> Split Threshold)) (> Split Threshold)

select grade = 0,2,3,4,6select grade = 0,2,3,4,6• バッドコラムのフィルタリング

データ解析データ解析• スペクトル、イメージ、スペクトル、イメージ、

ライトカーブライトカーブ

On

boa

rd D

EO

n t

he

grou

nd

⓪

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

Grade 定義

Charge Trail CorrectionPixel 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

VCTI = 　 1.5E-04× PH(E)-

0.5

BI-1

• 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 ↓)

較正実験概要較正実験概要

① ① 比例計数管の絶対検出効率を測定（比例計数管の絶対検出効率を測定（斜入射較正法斜入射較正法） ） ②② XIS-EUXIS-EU を比例計数管に対してを比例計数管に対して 相対的に相対的に較正（同時測定）較正（同時測定）③ ③ XIS-FMXIS-FM を、を、 EUEU に対してに対して相対的に相対的に較正較正

EU&PCEUS2PCS3S2EUS0S1S0EUS0EUBI0BI1EUBI1EUEU&PCBI0EU

2003/122003/12

2004/092004/09

SSilicon-K ilicon-K EEdge dge SSpectrometerpectrometer - - ブレーズド回折格子ブレーズド回折格子 -- グレーティング グレーティング ~ ~ E @ O-K, Si-K @ O-K, Si-K edgeedge

イベント抽出画像

O-K 輝線

C-K 輝線

SESSES 分散スペクト分散スペクトルル

単色 X 線に対する応答

PH [ch]

Cou

nts

PH [ch]

FI-1O-K0.525keV

BI-1

輝線プロファイル (Astro-E1 vs. E2)(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 )

S1: 4.7ch~7.7%(FWHM)T2: 0.039T3<1.8e-3T4=6.5e-3

S1:5.1ch~9.0%(FWHM)T2: 0.030T3<2.9e-4T4=1.1e-2

FI-2 BI-1

O-K 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

入射 X 線エネルギーと PH 、 FWHMBI-1FI-0

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)

Cou

nts/

8sec

　　　　稼働時間　 [h]

2004.2 (FM)

2003.12(EU)

2004.4 (EU)

2004.2 (EU)

X 線強度の変化と相対検出効率

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

繰り返し同じ条件で測定

2003.12.30(EU)

2004.4.5 (EU)

2004.2.4 (FM)

同条件で測定した分散スペクトル

K(E)倍

y=at+by=K(E)×(at+b)

エネルギー E での相対検出効率

E

入射 X 線強度の時間変化

260 時間使用後

ターゲット： Agフィラメント (W)からの蒸着が原因か

E

K(E

)相対検出効率と絶対検出効率

FI-1

Best Fit Estimates

HfO2 0.005mm fixed

Ag 0.001mm fixed

SiO2 0.000±0.0005mm

Si depletion 45.7±0.7mm

Constant 0.934±0.003

K(E) ~ 1.1@0.6 keVK(E) ~ 80@0.28 keV　　　 ~ 10@0.6 keV

系統誤差 : 5%以下BI-1

Best Fit Estimates

SiO2 0.443±0.039mm

Si 0.181±0.029mm

Si3N4 0.000±0.016mm

Si depletion 68.9±1.7mm

Constant 0.857±0.003

XAFS のモデル化

X 線不感層 　電極 (Si) 　保護膜 (SiO2)

BI

FI

XAFS (X-ray Absorption Fine Structure)

－ XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure － EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure)

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

XAFSXAFS の量子効率への組み込みの量子効率への組み込み

FI-2

Eedge = 0.532 ±0.001 keV red.　2 = 1.3178 (d.o.f. = 418)Si –Kedge XAFS もモデルを作成

中

モデル関数 (ref. Astro-E1)

Si-K　 吸収端付近の XAFS

O-Ka edge 領域と同様にモデル化

Eedge = 1.840 ±0.001 keV　 red.　2 = 0.727 (d.o.f. = 29)

Si-K 吸収端付近の XAFS

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