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Institut für Astronomie und Astrophysik

Abteilung Astronomie

Sand 1, D-72076 Tübingen, Germany
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Dissertation Hans Hartmann


Entwicklung und Eigenschaften eines räumlich hochauflösenden Röntgenbilddetektors

Summary.
Der in dieser Arbeit behandelte räumlich hochauflösende Röntgenbilddetektor bildet insofern ein geeignetes Fokalinstrument für ein hochauflösendes Wolterteleskop, als er zwar keine Energieauflösung, dafür jedoch eine sehr gute Ortsauflösung von etwa 20 µm besitzt, gegenüber einer geringen spektralen Auflösung und größerer Effizienz von positionsempfindlichen Proportionalzählern, die beim derzeitigen Stand der Technik jedoch nur etwa 150 300 µm Ortsauflösung erreichen können [l5]. Da einer für künftige Wolterteleskope typischen Winkelauflösung von 2 arcsec bei einer Brennweite von 2.5 m eine räumliche Auflösung von 25 µm in der Fokalebene entspricht, sind die positionsempfindlichen Proportionalzähler diesbezüglich bedeutend schlechter als diese Teleskope.
Die umfangreiche und vielseitige Aufgabenstellung im röntgen-astronomischen Beobachtungsprogramm der kommenden Jahre bietet hierbei zahlreiche Einsatzmöglichkeiten eines räumlich hochauflösenden Röntgenbilddetektors, wie bespielsweise einer tieferen Himmelsdurchmusterung ("Free Flyer" in den 80er Jahren) oder hochauflösender Röntgenspektroskopie durch Röntgentransmissionsgitter hinter einem Wolterteleskop [16], da hierbei die Energieinformation in Ortsinformation gewandelt wird. HEAO-2, der unter anderem bereits einen "High Resolution Imager" (HRI) [l7]-[l9l ähnlich dem in dieser Arbeit behandelten an Bord hat, kann hier nur einen ersten größeren Schritt bewältigen und wird mit Sicherheit auch wieder eine Menge neuer Anregungen für weitere Beobachtungen liefern.
Nicht zuletzt stellt ein solcher Röntgenbilddetektor bei zahlreichen Laboruntersuchungen ein wichtiges und zeitsparendes Meßinstrument dar, insbesondere für die in unserem Institut im kommenden Jahr beginnenden Tests des 80 cm - Wolterteleskops, das für Flüge mit dem Space Shuttle (D4 - Mission) vorgesehen ist [20].
Im Verlauf der vorliegenden Arbeit wurde ein solcher räumlich hochauflösender Röntgenbilddetektor entwickelt und gebaut. Er besteht im wesentlichen aus zwei sogenannten "Microchannel-plates" (MCP's) und einem sog. Drahtgitterdetektor mit elektronischer zweidimensionaler Ortsauslese.
Die Arbeit beginnt mit der Beschreibung dieses Detektors. Daran schließen sich Messungen an Einzelkomponenten des Detektors an.
Speziell zu den Bildübertragungseigenschaften wird ein theoretisches Modell entwickelt, mit dem die Funktion der elektronischen Ortsauslese des Drahtgitterdetektors vom Auffangen der Ladungslawinen aus den MCP's bis zum Abfließen dieser Ladungen über die Signaleingänge der Vorverstärker im Computer simuliert und daraus das Spannungs-Zeit-Verhalten der Signale an diesen Vorverstärkern berechnet werden kann. Dabei können die realen Netzwerkfehler direkt in das Rechenprogramm eingegeben und die daraus resultierenden theoretischen Abbildungsfehler abgelesen werden.
Ein weiteres theoretisches Kapitel befaßt sich mit der Impuls-Quantenausbeute des Detektors. Dazu mußten die bestehenden theoretischen Ansätze über den Photoeffekt im weichen Röntgenbereich zu einem Modell weiterentwickelt werden, diese verbesserte Theorie wurde dann auf die Geometrie des Detektors, speziell der Geometrie der MCP's, angewendet und daraus die spektrale Empfindlichkeit für einige Photokathodenmaterialien für verschiedene Einstellwinkel der MCP's berechnet.
Durchgeführt wurde diese Arbeit am Max-Planck-Institut für Physik und Astrophysik, Institut für extraterrestrische Physik in. Garching bei München.
 

Dissertation (9,63 Mb PDF file including figures)


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Last modified 26 Jul 2011
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