Characterization of non-imaging semiconductor X-ray solar monitors

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-5986-5
Title: Characterization of non-imaging semiconductor X-ray solar monitors
Author: Alha, Lauri
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics, Division of Geophysics and Astronomy
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Belongs to series: URN:ISSN:1799-3032
Abstract: The first observations of solar X-rays date back to late 1940 s. In order to observe solar X-rays the instruments have to be lifted above the Earth s atmosphere, since all high energy radiation from the space is almost totally attenuated by it. This is a good thing for all living creatures, but bad for X-ray astronomers. Detectors observing X-ray emission from space must be placed on-board satellites, which makes this particular discipline of astronomy technologically and operationally demanding, as well as very expensive. In this thesis, I have focused on detectors dedicated to observing solar X-rays in the energy range 1-20 keV. The purpose of these detectors was to measure solar X-rays simultaneously with another X-ray spectrometer measuring fluorescence X-ray emission from the Moon surface. The X-ray fluorescence emission is induced by the primary solar X-rays. If the elemental abundances on the Moon were to be determined with fluorescence analysis methods, the shape and intensity of the simultaneous solar X-ray spectrum must be known. The aim of this thesis is to describe the characterization and operation of our X-ray instruments on-board two Moon missions, SMART-1 and Chandrayaan-1. Also the independent solar science performance of these two almost similar X-ray spectrometers is described. These detectors have the following two features in common. Firstly, the primary detection element is made of a single crystal silicon diode. Secondly, the field of view is circular and very large. The data obtained from these detectors are spectra with a 16 second time resolution. Before launching an instrument into space, its performance must be characterized by ground calibrations. The basic operation of these detectors and their ground calibrations are described in detail. Two C-flares are analyzed as examples for introducing the spectral fitting process. The first flare analysis shows the fit of a single spectrum of the C1-flare obtained during the peak phase. The other analysis example shows how to derive the time evolution of fluxes, emission measures (EM) and temperatures through the whole single C4 flare with the time resolution of 16 s. The preparatory data analysis procedures are also introduced in detail. These are required in spectral fittings of the data. A new solar monitor design equipped with a concentrator optics and a moderate size of field of view is also introduced.Auringon röntgensäteilyä havaittiin ensimmäisen kerran luotainrakettikokeessa vuonna 1948. Tätä havaintoa voidaan pitää röntgentähtitieteen alkuna. Tähtitieteelliset röntgenalueen havainnot edellyttävät aina, että mittalaite pitää nostaa maan ilmakehän yläpuolelle, koska suurenerginen säteily absorboituu voimakkaasti jo yläilmakehän atomeihin ja molekyyleihin eikä siten pääse maan pinnan tasolle asti. Tämä asia on hyvä elämälle, mutta haastava tekijä röntgentähtitieteelle. Mittalaitteet joudutaan sijoittamaan käytännössa satelliitteihin, joka on teknisesti vaativaa ja kallista toimintaa. Tässä työssä keskitytään pääsaissa kahteen laajakuvakenttäiseen puolijohdedetektoriin, joilla on mitattu Auringon röntgensäteilyä 1.8-20 keV:n alueella kahdessa erillisessä Kuun kiertoradalle suuntautuneessa missiossa. Näiden aurinkomonitoreiden tehtävänä oli mitata Auringon säteilemä röntgenspektri samanaikaisesti toisten detektorien kanssa, jotka mittasivat Kuun pinnasta tulevaa fluoresenssisäteilyä. Näiden fluoresenssikameroiden tarkoituksena oli kartoitttaa Kuun pinnan alkuaineiden runsaussuhteita. Tällaisen fluoresenssianalyysin suorittaminen vaatii tiedon samanaikaisesta Auringon röntgenspektrin intensiteetistä ja muodosta, joka indusoi Kuun pinnasta tulevan fluoresenssinemission. Tässä työssa selvitetään kahden aurinkomonitorin (XSM = X-ray Solar Monitor) maakalibrointimenetelmät ja niiden suorityskyvyn mallinnus. Mitä tarkemmin detektorin ominaisuudet ja suoritusarvot pystytään määrittämään, sitä luotettavampi on lopullisen spektrianalyysin tulos. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että Auringon röntgensäteilyn intensiteetti esitettynä fotonin energian funktiona pystytään määrittämään fysikaalisesti mahdollisimman tarkasti. Tässä työssä esitetään myös kaksi data-analyysiä Auringon C-tasoisista roihupurkauksista. Enismmäisessä analyysiesimerkissä sovitetaan yksi 16 sekunnin kestoinen röntgenalueen spektri purkauksen huipulta. Toisessa esimerkissä johdetaan säteilytehon, plasman lämpötilan ja emissiomitan (EM) aikakehitys yli kokonaisen roihupurkauksen energiavälillä 1.55-12.4 keV. Työn lopussa esitetään suunnitelma konsentraattorioptikaalla varustetusta aurinkomonitorista.
URI: URN:ISBN:978-952-10-5986-5
http://hdl.handle.net/10138/23307
Date: 2010-11-04
Subject: tähtitiede
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
characte.pdf 4.072Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record