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HXMT如何降低空间高能粒子环境对探测器性能的影响?
发布时间:2013-11-27 16:03:20 作者:李兵

    卫星在空间运行,会持续受到高能带电粒子和高能伽玛射线的照射,这些高能粒子或伽玛射线可能会在探测器上造成本底事例,影响探测器的物理性能。降低空间辐射环境在探测器上引起的系统噪声是X射线卫星设计的关键任务之一。

    为了降低带电粒子在HE上引起的本底事例,提高观测灵敏度,HXMT采取了三方面的措施[4]。第一是采用被动屏蔽技术,在晶体探测器的上方用高原子序数的钽(Ta)做成准直器,在晶体的周围放置钽屏蔽环,以阻止视场以外的高能光子或荷电粒子入射到晶体上。第二是采用复合晶体技术,HE主探测器包括NaI和CsI两层晶体,其中上层的NaI为主晶体,用于探测目标天体的X射线,下层CsI则可以记录从背面入射的X射线。虽然NaI和CsI的信号均由后面的同一个PMT读出,但两种信号的时间特性不同,可以甄别。如果一个事例在CsI晶体上造成信号,则可以作为一个本底事例被排除。第三是采用荷电粒子反符合屏蔽技术。在18个HE主探测器阵列的顶部和侧面覆盖塑料闪烁体反符合屏蔽探测器,当荷电粒子穿过塑料闪烁体时,会引起信号,而塑料闪烁体对穿过的X射线基本无反应,因此,当主探测器和反符合屏蔽探测器同时记录到一个事例时,这个事例一般而言都是荷电粒子引起的,可以作为本底事例被排除掉。

    来自于其它方向的X/γ射线和空间带电粒子也会在ME和LE探测器上造成本底事例,因此ME和LE采取了多项本底屏蔽措施,包括在探测器的前方安装准直器、在探测器机箱内壁贴加薄钽片等。同时,由于相当一部分本底事例是带电粒子和卫星结构相互作用产生的次级效应,会同时在几个探测器面元上造成信号,因此还可以利用探测器面元之间的交叉反符合,进一步降低ME和LE的本底水平。模拟计算表明,采取以上措施后,ME在5-30keV之间的本底水平从56个/秒降低为28个/秒,LE在其最重要的观测能段1-6keV之间的带电粒子本底则几乎可以全部被屏蔽或交叉反符合掉。