CCD型X射线探测器性能研究

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地球大气对天体的高能射线有强烈的吸收作用,所以相应的观测必须在大气层外进行,为此人类发展了高空气球、探空火箭和卫星等观测手段。1970年美国发射的第一颗X射线天文卫星"Uhuru"对高能天体辐射进行观测,开创了空间高能天文的新领域。利用探索宇宙新窗口寻求物理科学的突破是二十一世纪自然科学的一个重要前沿,国际上以研究宇宙大尺度结构的特性和早期宇宙、黑洞的形成和演化为出发点,展开了新空间天文探测设备的研制热潮。硬X射线比普通X射线的能量更高,具有更强的穿透能力,是研究早期宇宙和黑洞性质的关键能段。目前,美国的SWIFT卫星和欧洲的INTEGRAL卫星已对全天或者部分天区进行了硬X射线巡天成像观测,但是这两个仪器的本底强、灵敏度不够高,需要更好的X射线巡天观测。硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星应用我们科学家发展的直接调制解调方法,将实现宽波段X射线(1-250keV)巡天成像,其中20-250keV的巡天观测具有世界最高的灵敏度和空间分辨率。HXMT巡天将发现大批超大质量黑洞和其他高能天体,研究宇宙硬X射线背景辐射的性质;另外,HXMT具有较好的时间响应,可以观测黑洞双星等天体的硬X射线快速光变,用于研究黑洞附近强引力场中的物质的动力学、粒子加速和辐射过程。HXMT还将引导我国地面天文设备对高能天文开展多波段联合观测,实现地面中小型望远镜在天体物理前沿的一流观测。低能X射线望远镜(Low Energy X-ray Telescope; LE)是HXMT卫星有效载荷的分系统,其基本功能是在软X射线(1.0-15keV)能段探配合高能X射线望远镜进行巡天及定点观测。很多天体如X射线双星、活动星系核、超新星遗迹、星系团等发射的热谱主要集中在软X射线能段,而幂率谱(如同步辐射谱)在软X射线能段的辐射也比较强,很多组成天体的重要元素(如Mg、Si、 Ca、Fe)的X射线荧光辐射都集中在这一能段,银河系及天体自身的中性氢吸收也主要靠这一能段来测量。工作在软X射线能段的LE,因其具有目前相同能段国际最大面积的探测器阵列,同时拥有高能量分辨,对研究HXMT观测天体的辐射机制、温度、组成元素、辐射区域的结构等方面都有其它能段不可替代的重要作用。本文对低能X射线望远镜的探测器CCD236的性能进行了比较详尽的研究,主要包括质子辐照、带电粒子响应、能量线性、能量分辨、温度特性、性能一致性等。为低能X射线望远镜的地面标定任务摸索试验流程,为以后的鉴定件、正样件的标定工作奠定基础。
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