Caracterização dos detectores de raios X e do sistema imageador do experimento MIRAX

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Bárbara Heliodora Gonçalves Rodrigues
• Orientador(a): João Braga
• Banca de defesa: D'Amico Flávio, Veissid Nelson, Elisabeth Mateus Yoshimura, Marcelo Baptista de Freitas
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Astrofísica
• País: BR
• Resumo em Inglês: Since the beginning of the development of X-ray Astrophysics in 1962, the sensitivity of instruments developed for astronomical observations in the X-ray range has increased rapidly, revealing highly energetic processes which have contributed immensely to the study of the dynamics of the Universe. As a great part of astrophysical sources of X-rays above 10 keV are transients, it is necessary to develop high sensitivity, wide-field, wide-band X-ray missions to perform monitoring or continuous scanning of the sky in search for these transient sources. The MIRAX mission is the first Brazilian-led astrophysics space mission, designed to perform an unprecedented wide-field, wide-band hard X-ray (5-200keV) nearly continuous monitoring of Galactic X-ray transient sources. In the current configuration, MIRAX will carry a set of four coded-mask telescopes with high spatial resolution Cadmium Zinc Telluride (CZT) detector planes, each one consisting of an array of 64 closely tiled CZT pixelated detectors. Taken together, the four telescopes will have a total detection area of 959 cm$^{2}$, a large field of view (60$^{°}$ x 60$^{°}$ FWHM), high angular resolution (6 arcmin) and very good spectral resolution ($\sim$ 2 ke V @ 60 ke V). MIRAX detector planes will be developed in dose collaboraion with the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (Cf A), which has produced and tested in a stratospheric balloonborne experiment a prototype of one of the MIRAX telescopes, ProtoEXIST2 (P2). P2 is the second telescope developed as part of the ProtoEXIST program, which aims technological advancement for the next generation of X-ray telescopes for Survey in space missions. In this work I present results for simulated performance of the P2 telescope as a function of the mask pattern, which I carried in order to choose the best random mask pattern for it. The results of laboratory validation and calibration tests I performed with individual CZT detectors, prior to the flight integration and assembly, are also shown. The performance of each detector was evaluated using two radioactive sources separately ($^{241}$Am e $^{57}$CO), for which we obtained the respectives average energy resolution of $\sim$ 2.1keVat 60keV and $\sim$ 2.3 keV at 122keV.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2013/11.12.14.35

Desde o início do desenvolvimento da Astrofísica de raios X em 1962, a sensibilidade dos instrumentos desenvolvidos para observação astronômica em raios X cresceu rapidamente, revelando processos altamente energéticos que têm tornado cada vez mais completo o estudo da dinâmica do Universo. Como grande parte das fontes astrofísicas de raios X acima de 10 keV emitem através de fenômenos transientes, é necessário que sejam projetadas missões com alta sensibilidade, que operem em ampla faixa dinâmica, e que possuam amplo campo de visada para realizar monitoramento ou varredura continua do céu em busca dessas emissões transientes. A missão MIRAX é a primeira missão espacial brasileira dedicada à Astrofísica, com o objetivo principal de propiciar um monitoramento quase-contínuo de fontes Galácticas transientes de raios X em uma ampla banda de energias (5-200 keV). Em sua atual configuração, o MIRAX será composto por um conjunto de telescópios de máscara codificada, cada um com um plano detector composto pela justaposição de 64 detectores CZT pixelizados. Os quatro telescópios do MIRAX juntos fornecem área sensível de 959 cm$^{2}$, amplo campo de visada (60$^{°}$ x 60$^{°}$ FWHM), com alta resolução espacial (6$^{'}$) e ótima resolução espectral ($\sim$2 keV @ 60 keV). O plano detector do MIRAX está sendo desenvolvido em colaboração com o Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), que produziu e testou em ambiente quase-espacial um protótipo de um dos telescópios que irão compor o MIRAX, o protoEXIST2 (P2). O P2 é o segundo experimento do programa protoEXIST que tem como objetivo o desenvolvimento tecnológico da próxima geração de telescópios de raios X duros para missões espaciais de varredura do céu. Neste trabalho serão apresentados os resultados que obtive de simulações de desempenho do telescópio P2 em função do padrão de aberturas da máscara, desenvolvidas para a escolha do melhor padrão aleatório para construir a máscara codificada do telescópio P2, bem como resultados dos testes que realizei para validação e calibração em laboratório dos detectores CZT individuais, antes da integração dos mesmos no plano detector do P2. O desempenho dos detectores foi testado utilizando-se duas fontes radioativas separadamente ($^{241}$Am e $^{57}$Co), para as quais foram obtidas as respectivas resoluções médias em energia de $\sim$2.1 keV em 60 keV e $\sim$ 2.3 keV em 122 keV.