硬X射線直接成像望遠鏡基礎技術研究

《硬X射線直接成像望遠鏡基礎技術研究》是依託同濟大學，由王占山擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：硬X射線直接成像望遠鏡基礎技術研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：王占山
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

高能硬X射線天文觀測涉及許多新的重要天文學問題，誰能最先得到高靈敏度的觀測結果，誰就有可能最先得到宇宙的新認識，誰就能占領學術的制高點。帶有超反射鏡的硬X射線直接成像望遠鏡具有效聚光面積大、焦距小、系統結構緊湊、成像質量好、工作能量高等特點，基本上是硬X射線直接成像望遠鏡的唯一途徑，是目前國際上硬X射線天文觀測儀器研究的熱點之一。到目前為止，國內在這方面研究雖有涉獵，但還沒有全面深入，給我國發展自己的大聚光面積硬X射線成像望遠鏡帶來了障礙。因此，研究硬X射線直接成像望遠鏡基礎技術具有重要科學意義和套用價值。本項目開展圓錐曲面多層嵌套式硬X射線成像望遠鏡的設計和模擬方法研究，探尋大面積和高均勻性硬X射線超反射鏡製作技術，摸索超薄反射鏡基底製作和超薄反射鏡組裝技術，研究硬X射線成像望遠鏡性能評價方法以及半導體CCD類焦平面探測器，為我國發展硬X射線直接成像望遠鏡提供堅實的關鍵基礎技術。

結題摘要

高能硬 X 射線天文觀測涉及許多新的重要天文學問題，誰能最先得到高靈敏度的觀測結果，誰就有可能最先得到宇宙的新認識，誰就能占領學術的制高點。帶有超反射鏡的硬X 射線直接成像望遠鏡具有有效聚光面積大、焦距小、系統結構緊湊、成像質量好、工作能量高等特點，基本上是硬X 射線直接成像望遠鏡的唯一途徑，是目前國際上硬X 射線天文觀測儀器研究的熱點之一。因此，研究硬X 射線直接成像望遠鏡基礎技術具有重要科學意義和套用價值。 在硬X射線成像望遠鏡設計與性能模擬研究中，我們首先建立了基於錐曲面鏡的嵌套式望遠鏡的光學設計模型，給出了1-30keV望遠鏡的光學設計結果和性能模擬結果，並對圓錐嵌套Wolter-I型系統進行了公差分析，為鏡片製備及系統裝調實驗提供理論的依據及機械加工的限制條件。在設計過程中，我們比較了不同設計方法對設計結果的影響，也討論了不同的材料組合、不同的界面粗糙度對多層膜性能的影響。利用直流磁控濺射技術，製備了不同工作氣壓下的X射線W/Si多層膜反射鏡，研究了不同退火溫度對多層膜反射鏡性能的影響。利用X射線衍射儀對退火前後的多層膜進行了掠入射反射測試和漫散射測試，通過擬合小角反射測試曲線獲得了不同氣壓不同退火溫度下多層膜的結構信息，通過分析漫散射曲線，定性地解釋了氣壓和退火溫度與多層膜界面粗糙度的關係。利用大角X射線衍射技術，測試了多層膜組成材料的結晶狀態，利用合肥國家同步輻射實驗室的反射率計測量了不同氣壓不同退火溫度下多層膜樣品的反射率，利用X射線發射譜、電子探針顯微分析法和盧瑟福背散射譜測定了不同氣壓下製備的樣品中所含Ar的濃度。我們設計並完成了基於Al基板的望遠鏡演示樣機，並獲得了其性能指標，同時考慮了基於熱成形玻璃的裝配方案。 完成了兩種CCD類焦平面X射線探測器原理樣機的研製，即深耗盡式X射線CCD 探測器和掃式電荷器件（SCD），其中深耗盡CCD選用e2v公司的CCD47-10探測器，SCD選用e2v公司的CCD236探測器模組。其中SCD探測器與同濟大學研製的多層膜鏡片組成了一個演示系統，並成功進行了演示驗證。