太阳硬X射线成像望远镜模拟研究

太阳高能现象一直是太阳研究领域的热点，对太阳硬X射线的成像观测是研究太阳高能现象的重要途径之一。傅立叶变换技术由于其高灵敏度高可靠性的特点从太阳硬X射线成像手段中脱颖而出，它又有多种实现方式，其中空间调制准直器和旋转调制准直器是目前广泛使用的硬件配置。作为这两种配置的代表，Yohkoh/HXT和RHESSI是星载太阳高能望远镜的成功范例，但随着技术的进步和发展，特别是随着调制准直器制作水平上的极大提高，我们可以在上述两星近一、二十年前的技术水平上进一步提高望远镜的观测精度和空间分辨能力。借助日趋完善的蒙特卡罗模拟方法（如GEANT4等），我们可以在考虑现有工艺水平和探测器实际灵敏度的情况下通过计算机仿真对未来的太阳硬X射线望远镜进行设计和优化，提出实际可行和高性价比的方案，为将来实际的太阳望远镜建造提供参考和指导。

太阳高能辐射观测和研究一直是太阳研究领域的热点，它们提供了解释耀斑能量释放之谜的线索。对太阳硬X射线的成像观测是研究太阳高能现象的重要途径。间接成像技术中的傅立叶变换技术，由于其高灵敏度高可靠性的特点从太阳硬X射线成像手段中脱颖而出。它又有多种实现方式，其中空间调制准直器和旋转调制准直器都是目前广泛使用的硬件配置。在本课题支持下，我们开展了太阳硬X射线调制成像望远镜的成像机理和设计的模拟仿真研究。..在详细研究用于硬X射线太阳望远镜的傅里叶变换成像原理的基础上，实现了图像重建算法，并采用GEANT4软件对准直器结构和探测过程进行了模拟，利用模拟数据很好的重建源图，得到的图像角分辨等参数与理论很好的符合，验证了算法的可靠性，并且根据模拟结果选择了一组优化的准直器光栅选择方案。另外，初步研究了图像处理算法CLEAN的处理效果和本底强度对图像重建质量的影响。..我们确定的基于空间调制成像的硬X射线太阳望远镜方案如下：子准直器采用3 cm×3 cm×4 mm的前后两层平行钨板(或钽板)制作光栅，光栅摆放角度及节距参考进展中选择II，共50对子准直器（正弦、余弦子准直器各50对），整个准直系统的大小约为40 cm×40 cm×140 cm(其中前后光栅面间距为124cm)，重建图像分辨率为 6"，综合孔径60" ，视场为全日面。..以此结果为设计基础，在通过国内有关公司解决精密光栅板加工的基础上，在中国科学院空间科学先导专项预研项目进一步资助下，我们开展了太阳硬X射线成像望远镜关键技术研究，并完成了《太阳硬×射线成像望远镜方案设计报告》，此后，会同另外两个对日观测载荷，由于设计指标先进年、合理及可行，我们的方案成功入选了中国科学院空间科学先导专项背景型号-先进太阳天基天文台项目（ASO-S），有关阶段性科研成果在2014年10月底进行的国际专家评审会上得到积极评价，现在ASO-S项目正处于背景型号原理样机的收尾阶段，将为推动我国太阳物理在技术和科学两个方面的发展起重要作用。由此可见，本项目获得自然科学基金的资助首先开展的模拟研究为后续工作奠定了坚实基础。