検出器

4.1宇宙科学研究所30mX線ビームライン

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背面照射型CCDカメラ

CCDとはCarge Coupled Device(電荷結合素子)の略であり、本来は電荷を移動させるため のデバイスを意味する。現在宇宙科学研究所X線ビームラインには、浜松ホトニクス製背面照 射型X線CCDカメラシステムが設置されている。一辺22.5 µmの正方形ピクセルが1242 × 1152個からなっており、位置分解能をもった撮像能力があるために、サンプルのアラインメン トやサンプルからの反射X線の位置を確認するのに使われる。また暗電流を減らすために、ペ ルチェ素子を使って−60C^◦まで冷却して使用する。またペルチェ素子は、チラーで20^◦に保っ た冷却水を循環させることにより冷却されている。

図4.15に前面照射型と背面照射型CCDの断面図及び電荷転送方式の概念図を示す。また表 4.6にX線CCDカメラの仕様をまとめる。

図 4.15: 背面照射型CCD カメラの原理^–上：前面照射型と背面照射型の断面図、下：電荷転送の概念図。

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表 4.6: 背面照射型CCDカメラの仕様。

撮像素子 背面照射型フルフレームトランスファ CCD 有効画素数 1242(H) ×1152(V)

画素サイズ 22.5µm× 22.5µm

有効面積 27.9 mm × 25.9mm

フレームレート 約0.1フレーム/秒 (高精度読み出しモード) 飽和電荷量 360,000 electrons (高精度読み出しモード) 読み出しノイズ 8 electron r.m.s.

平均暗電流 0.3 electron/pixel/s 冷却方式 ペルチェ冷却+ 水冷

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4.1.8 測定セットアップ

測定サンプル

測定に使用したサンプルは「反射鏡」、「プリコリメーターブレード」共にSXTのフライト モデルと同様の方法で制作されたものを用いた(図5.10)。プリコリメーターのブレードに関し ては、低入射角側まで反射率の測定を行うために大きなサンプルが必要であったことから、小 さいサンプル(プリコリメーター小)と大きいサンプル(プリコリメーター大)の2つを治具に取 り付けた(図4.17)。測定サンプルの詳細は表4.7に示す。

図 4.16: 測定サンプルの写真。左上が反射鏡、右上がプリコリメーターブレード(小)、下がプ

リコリメーターブレード(大)。

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図 4.17: 治具に取り付けた測定サンプル。手前が反射鏡、真ん中がプリコリメーター1、奥が

プリコリメーター2。

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表 4.7: 測定サンプルの概要

反射鏡 プリコリメーターブレード

位置 二段目(secondary)動径方向100枚目  動径方向161枚目

幅(X方向) [mm] 100 200

高さ(Z方向) [mm] 80 125

サンプル治具とYステージ

本測定では測定するサンプルが3つ(うち反射鏡の表裏を含む)ある。そこでサンプルステー ジ上に、反射鏡の表裏とプリコリメーターブレードの切り替えができるようなYステージと専 用サンプル治具を設置して測定を行った。ここでサンプルの切り替えにはS_yステージを使用で きない。それはステージの構造上、Syの上に回転ステージ(Sθy,Sθz)が乗っているため、Syを 移動させるとサンプルと回転ステージの回転軸にズレが生じてしまうためである。そこで回転 ステージの上に新たにYステージを乗せることでこの問題を解消した。サンプル治具とYス テージをサンプルステージ上に図4.18のように設置した。

CCD P.C

簡易1 mmスリット

図 4.18: サンプル治具とYステージ

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P.C前スリット

さらに反射プロファイルを位置分解機能がない比例計数管でも測定可能にするため、比例計 数管の前にカッターの刃2枚で作った簡易1 mmスリットを設置し、検出器面で1 mmで位置 分解できるようにした。それを図4.19で示す。以上のセットアップをまとめた図4.20のような 環境で測定を行った。

図 4.19: サンプルステージ上のセットアップ。サンプル固定治具に3つのサンプルを設置して

いる。

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X線方向

＋Sz 

＋Sy 

＋Dz 

＋Dy 

+y

図 4.20: 測定セットアップのまとめ