硬X射线直接成像望远镜基础技术研究

高能硬X射线天文观测涉及许多新的重要天文学问题，谁能最先得到高灵敏度的观测结果，谁就有可能最先得到宇宙的新认识，谁就能占领学术的制高点。带有超反射镜的硬X射线直接成像望远镜具有效聚光面积大、焦距小、系统结构紧凑、成像质量好、工作能量高等特点，基本上是硬X射线直接成像望远镜的唯一途径，是目前国际上硬X射线天文观测仪器研究的热点之一。到目前为止，国内在这方面研究虽有涉猎，但还没有全面深入，给我国发展自己的大聚光面积硬X射线成像望远镜带来了障碍。因此，研究硬X射线直接成像望远镜基础技术具有重要科学意义和应用价值。本项目开展圆锥曲面多层嵌套式硬X射线成像望远镜的设计和模拟方法研究，探寻大面积和高均匀性硬X射线超反射镜制作技术，摸索超薄反射镜基底制作和超薄反射镜组装技术，研究硬X射线成像望远镜性能评价方法以及半导体CCD类焦平面探测器，为我国发展硬X射线直接成像望远镜提供坚实的关键基础技术。

高能硬 X 射线天文观测涉及许多新的重要天文学问题，谁能最先得到高灵敏度的观测结果，谁就有可能最先得到宇宙的新认识，谁就能占领学术的制高点。带有超反射镜的硬X 射线直接成像望远镜具有有效聚光面积大、焦距小、系统结构紧凑、成像质量好、工作能量高等特点，基本上是硬X 射线直接成像望远镜的唯一途径，是目前国际上硬X 射线天文观测仪器研究的热点之一。因此，研究硬X 射线直接成像望远镜基础技术具有重要科学意义和应用价值。.在硬X射线成像望远镜设计与性能模拟研究中，我们首先建立了基于锥曲面镜的嵌套式望远镜的光学设计模型，给出了1-30keV望远镜的光学设计结果和性能模拟结果，并对圆锥嵌套Wolter-I型系统进行了公差分析，为镜片制备及系统装调实验提供理论的依据及机械加工的限制条件。在设计过程中，我们比较了不同设计方法对设计结果的影响，也讨论了不同的材料组合、不同的界面粗糙度对多层膜性能的影响。利用直流磁控溅射技术，制备了不同工作气压下的X射线W/Si多层膜反射镜，研究了不同退火温度对多层膜反射镜性能的影响。利用X射线衍射仪对退火前后的多层膜进行了掠入射反射测试和漫散射测试，通过拟合小角反射测试曲线获得了不同气压不同退火温度下多层膜的结构信息，通过分析漫散射曲线，定性地解释了气压和退火温度与多层膜界面粗糙度的关系。利用大角X射线衍射技术，测试了多层膜组成材料的结晶状态，利用合肥国家同步辐射实验室的反射率计测量了不同气压不同退火温度下多层膜样品的反射率，利用X射线发射谱、电子探针显微分析法和卢瑟福背散射谱测定了不同气压下制备的样品中所含Ar的浓度。我们设计并完成了基于Al基板的望远镜演示样机，并获得了其性能指标，同时考虑了基于热成形玻璃的装配方案。.完成了两种CCD类焦平面X射线探测器原理样机的研制，即深耗尽式X射线CCD 探测器和扫式电荷器件（SCD），其中深耗尽CCD选用e2v公司的CCD47-10探测器，SCD选用e2v公司的CCD236探测器模块。其中SCD探测器与同济大学研制的多层膜镜片组成了一个演示系统，并成功进行了演示验证。