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全天 X 線監視装置（ MAXI ）搭載用 CCD カメラのエンジニアリングモデルの性能評価

全天 X 線監視装置（ MAXI ）搭載用 CCD カメラのエンジニアリングモデルの性能評価. 冨田洋、片山晴善、松岡勝（ JAXA ） 常深博、宮田恵美（大阪大学）. これまでの CCD カメラと MAXI の CCD カメラ MAXI 用 CCD カメラの開発の流れ MAXI 用 CCD カメラの現状. X 線 CCD とこれまでの CCD カメラ. CCD の特徴（ photon counting ） エネルギー分解能、位置分解能、時間分解能のどれをとっても欠点なくバランスの取れたデバイス。

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全天 X 線監視装置（ MAXI ）搭載用 CCD カメラのエンジニアリングモデルの性能評価

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  1. 全天X線監視装置（MAXI）搭載用CCDカメラのエンジニアリングモデルの性能評価全天X線監視装置（MAXI）搭載用CCDカメラのエンジニアリングモデルの性能評価 冨田洋、片山晴善、松岡勝（JAXA） 常深博、宮田恵美（大阪大学） これまでのCCDカメラとMAXIのCCDカメラ MAXI用CCDカメラの開発の流れ MAXI用CCDカメラの現状

  2. X線CCDとこれまでのCCDカメラ CCDの特徴（photon counting） エネルギー分解能、位置分解能、時間分解能のどれをとっても欠点なくバランスの取れたデバイス。 ASCA/SISで初めてX線天文に登場後、望遠鏡の焦点面検出器として標準的な地位を得る。 これまでの宇宙用X線CCDカメラ(photon counting) Mission / camera year 素子数 ASCA / SIS 1993 8 Chandra / ACIS 1999 10 XMM-Newton / EPIC 1999 MOS 14 PN 1 HETE-II / SXC 2001 2 Swift / XRT 2004 1 Hayabusa / XRS 2003 5 ASTROE / XIS 2005 4 MAXI / SSC 2008 32 ChandraのCCDカメラ で見たSNR http://chandra.harvard.edu/photo/　より

  3. MAXI用CCDカメラの特徴 CCDカメラ完成予想図 • 浜ホトCCD（24x24um、1024x1024ピクセル）搭載 • 0.5-12keVに感度 • １６素子　ｘ　２　カメラ　（３２素子）　 有効面積２００ｃｍ２ • ペルチェ素子とラジエター＋ヒートパイプシステムパイプで冷却 （目標-60℃以下） • ８usec/pixelで読み出し。 • 縦方向加算読み出し（P-sumモード） • 1カメラ（16素子）で読み出しは1つ • 駆動電圧は１カメラで共通 • 電荷注入可能（耐放射線性向上） • 暗電流低減モードをサポート • コリメータ＋スリットをカメラに内蔵 スリット CCD 断熱足 アルミブロック • MAXIのCCDカメラでは • 低エネルギー領域でのモニター • CCDで初の全天サーベイ

  4. CCDとカメラ コリメータシート ２５ｍｍ カメラ内に組み込まれる　　黒クロムメッキ済み EMカメラ内部CCDアレイ 浜ホトCCD　　　　　　　表面アルミコート プリアンプ基板 マルチプレクサ基板 ２５ｃｍ 可視光反射対策でカメラ表面は黒色加工。 マルチプレクサで駆動、読み出しCCDを切り替え。 カメラ全体が -20℃程度に冷却される。 校正源（ Fe55） 内蔵

  5. CCDカメラ開発 • CCD素子 • 素子は１９９０年代前半から阪大、京大、浜松ホトニクスで研究開発。 • MAXI用CCDの開発、製造、評価（スクリーニング）は終了（大阪大学）。Bad pixelほとんどなし。読み出しノイズ10e以下 • 放射線試験も終了 • カメラ（回路） • EMの評価中。1ヶ月以内にFM設計を終える • 今後2年でFM製作、評価、試験を行う。 その他　：　機上ソフトウェア、コリメータはFM設計済み

  6. EMカメラの性能評価 • １６CCDを搭載。FMと同じ（スクリーニング落ち）CCDは8個。残り8個はEM-CCD。 • カメラを真空チャンバー内で冷却 （-20℃）。ペルチェで さらに-６0℃へ。 評価内容 • 暗電流低減モードの確認 • 電荷注入が可能か？ • EMカメラでのFM型CCDの評価 CCDカメラ（EM）をチャンバーにマウントした図

  7. 暗電流が定常に流れるまでには100msec以上の時間が必要。暗電流が定常に流れるまでには100msec以上の時間が必要。 • 基本的に正バイアスをかけ、周期的（100msec）に短い時間(10msec)だけ負バイアスにすればいい。 • CCD単体では確認済み 低暗電流モード • 高い検出効率をえるための厚い空乏層がほしいので正バイアスが必須 • 低暗電流（とくに Si-SiO２境界）を得るためにはinversion(つまり負バイアス)が良い。 • 電流、ノイズともに10%以下に低減された！！ • 温度で １０℃程度に相当 • 運用では標準で使用予定 暗電流 Flip mode OFF ON 暗電流ノイズ 時間

  8. 電荷注入・CCDスペクトル・他 電荷注入 Mn-k X線スペクトル 放射線性能劣化による電荷の吸い込み口をX線信号以外の電荷で埋めてしまう　（Tomida et al 1996） 電荷を注入しすぎて通常ピクセルにまで電荷があふれすぎた場合のイメージ 電荷は問題なく注入されることを確認した。 駆動電荷を最適化すれば 150eVはクリア 問題点　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ゲインが大きく取れない。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　全１６CCDだと負荷容量が予想より大きい。　　　　　　　　　　　　解析方法（レスポンス）確立　　　　　　　　　　　　など

  9. まとめ • EMカメラ（回路）＋FM型CCDの組み合わせでエネルギー分解能１４６eV@5.9keVを達成 • 暗電流低減モード、電荷注入も行えることを確認した。 • コリメータ、機上ソフトも設計FIX。 • 今後16素子で性能を出し、FMを製作する。

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