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博士论文-HXMT在轨本底研究
其他题名Study of the in-flight background for HXMT
谢斐
学位类型博士
导师宋黎明 ; 何会林
2016-05-07
学位授予单位中国科学院高能物理研究所
学位授予地点北京
学位名称博士
学位专业粒子物理与原子核物理
关键词X射线 Hxmt Geant4 模拟 Svom 触发策略
摘要

在空间望远镜发射升空之前,我们需要对其在轨本底进行研究,以估计其在轨性能,并通过模拟掌握的规律获得卫星在轨本底估计方法。论文借助Geant4模拟软件采用质量建模的方法,对HXMT在轨本底水平进行了评估,并对各种成分导致的本底变化进行了研究。通过模拟我们获得卫星在轨本底水平随轨道位置的变化,随在轨时长的变化,以及随探测器指向的变化规律。同样的研究方法也用于估计SVOM上搭载的GRM探测器的在轨本底水平,并在此基础上优化其在轨后对伽马暴的触发策略。基于质量建模的方法,我们构建了卫星模型,卫星轨道环境数据库和适用于卫星的物理模型。首先依据卫星最新设计图纸,构建了完整而精细的HXMT卫星模型。模型中除了有主要科学载荷高能X射线望远镜HE、中能X射线望远镜ME、低能X射线望远镜LE之外,还构建了空间环境监测器SEM、星敏感探测器、遮阳板、卫星平台(服务舱和载荷舱)等。然后针对HXMT的低轨道环境,建立了空间辐射环境数据库,主要成分有宇宙弥散X射线、宇宙线带电粒子、反照光子和SAA区带电粒子。它们的能谱主要来自于在轨卫星已有的观测数据。为HXMT构建的轨道环境数据库适用于大多低轨卫星,SVOM在轨性能研究工作的开展也基于该数据库。最后依据HXMT探测器的设计和探测能区,选择了Geant4中适用于空间天文领域的物理相互作用模型Shielding Physics List,模型中包含电磁相互作用、放射性衰变等物理过程。
在以上工作的基础上,我们对HXMT的在轨本底水平展开了一系列的模拟分析。例如关于HE反符合屏蔽探测器ACD参数的选择,倾向于阈值100keV,时间窗口2 μs,18个ACD都用于反符合屏蔽。HE在轨一百天的本底水平∼5.4×10−4 count ·cm−2 · s−1 · keV−1,其中SAA区带电粒子引入的延时本底占总本底计数的∼47%。反照光子流强随天顶角变化,HE因卫星不同指向导致的本底计数率差别不大,最大值和最小值之间仅相差5 count/s,可以忽略不计。但地磁纬度通过对宇宙线质子流量的调制,导致卫星在高地磁纬度的本底计数率约为低地磁纬度的4.7倍左右,这一效应不能忽略。另外在HE本底能谱中有显著的钽元素的特征荧光线和碘元素的衰变发射线,这些谱线可用于探测器的在轨标定。模拟数据显示SAA区带电粒子通过元素活化衰变产生的延时本底计数随时间指数下降,延时本底的累积效应在探测器在轨一年后趋于稳定。更多关于探测器的探测效率和探测灵敏度的估计都在论文中进行了讨论。通过模拟掌握的本底规律可以用于制定探测器在轨本底估计方法。基于HXMT独特的设计,我们提出利用组合视场法和偏轴观测法对本底进行估计,并借助星上各种科学和工程数据构建本底估计模型。我们的模拟数据显示通过引进偏差因子对组合视场法进行修正,可以将模型估计本底的误差控制在4%以内。对于本底估计模型来说,更有效的参数需要通过在轨观测数据获得,论文针对在轨观测计划的制定提出了简单而粗略的想法,以供参考。
论文第六章是对SVOM性能的研究。SVOM是一个中法合作的多波段天文卫星,用于探测伽马暴和其它瞬时高能天体现象。卫星上搭载两个具有GRB实时触发功能的探测器:GRM和ECLAIRs。研究主要围绕两个重点展开:一是通过质量建模的方法,对GRM在轨工作性能进行评估;二是对GRM和ECLAIRs进行联合模拟,以达到优化SVOM在轨触发策略、减小误触发概率的目的。
最后是对论文工作的总结和对未来工作的

学科领域粒子物理与原子核物理
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/253677
专题粒子天体物理中心_学位论文和出站报告
硬X射线调制望远镜卫星_HXMT学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
谢斐. 博士论文-HXMT在轨本底研究[D]. 北京. 中国科学院高能物理研究所,2016.
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