空间X射线探测器标定项及误差的研究

X-ray is the key energy band for studying the properties of early universe and black hole. The study can't do without observation. The discovery of new physics and new phenomenon has strong correlation with calibration accuracy. As a crucial part of systematic error, calibration uncertainty plays an important role in explaining experiment data. In order to attain the design goal of the experiment and ensure the accuracy of the measurement, we have to fully understand the performance of detector and give the values of calibration items and their uncertainties and also reduce systematic error through the comparisons with experiment data and the adjustments of parameters. The calibration items are energy scale, energy resolution, the curve of the energy response, efficiency of the detector and timing accuracy. Our project will study the calibration items and their accuracies through the real and digital detector simulation and the on ground and in orbit test data. It will accumulate calibration experience for the next astronomical satellite of our country. We will use the experiment data of Hard X-ray Modulation Telescope to verify the correctness of our analysis methods. We will also develop the common simulation software framework to transplant it in the calibration study of next satellite.

X射线是研究早期宇宙和黑洞性质的关键波段。对X射线的研究离不开观测。但是新物理和新现象的发现与探测器标定的准确与否密切相关。探测器的标定误差作为系统误差的重要组成部分，对于正确解释实验数据是很重要的。为达到实验设计指标，保证测量精度，必须充分理解探测器的性能，给出各个标定项的值及其误差，并通过与实验数据的对比和参数调节来进一步降低系统误差。这些标定项包括：能标、能量分辨率、能量响应曲线、探测效率、时间精度。本项目通过对探测器信号的真实数字化模拟，结合地面和在轨的测试数据，研究探测器的标定项及其精度，为我国未来天文卫星的标定积累经验。利用即将上天的硬X射线望远镜的实验数据来验证标定分析方法的正确性，并设计通用的模拟软件框架，方便移植到下一代卫星的标定研究中。

X 射线是研究早期宇宙和黑洞性质的关键波段。对X 射线的研究离不开观测。但是新物理和新现象的发现与探测器标定的准确与否密切相关。探测器的标定误差作为系统误差的重要组成部分，对于正确解释实验数据是很重要的。本项目对我国即将上天的X射线天文卫星硬X射线调制望远镜(HXMT)的三个载荷的地面标定实验数据进行了详细分析，得到了各探测器标定项的值及误差。同时，开发了X射线天文研究的模拟软件，得到各载荷标定项的模拟结果如能谱形状，探测效率等，通过模拟结果与实验数据的对比来调整蒙卡模拟的参数和方法，从而进一步降低系统误差和理解各个探测器的性能。NaI晶体探测器在模拟中必须考虑不同能量的电子响应具有非线性的特点才能解释逃逸峰和全能峰之间的距离，扫式电荷探测器在数字化过程中必须考虑电荷的转移过程及读出机制。本项目还将活动星系核中的X射线辐射转移过程加入了模拟软件，并与已经正式发表的结果进行了比对，验证了模拟框架的正确性和可移植性。这些研究成果都将为我国未来X射线天文卫星的标定积累经验。