Detekce rentgenového záření ve vakuu

Abstract

Detekce rentgenového záření je klíčová pro výzkum a pochopení mnoha astrofyzikálních jevů, avšak zemská atmosféra značně absorbuje tuto formu záření, což vyžaduje provádění měření na oběžné dráze Země. Tento postup obnáší náročné podmínky, jako je zvýšená radiace, vakuum a extrémní změny teploty. Tato práce se zaměřuje na vliv změny těchto podmínek na přesnost radiačního měření pomocí hybridních pixelových detektorů. Tyto detektory prokázaly svou účinnost během několika vesmírných misí a mají významný aplikační potenciál. Zvláštní důraz je kladen na výzkum vlivu teploty na přesnost měření, v různých měřicích režimech, zejména s cílem určit vliv na přesnost detekce energie dopadajícího rentgenového záření. Výsledky jsou ověřovány a validovány v termovakuové komoře. Tato práce zahrnuje principy měření, popis a charakterizaci zjištěných zkreslení energetických spekter. Dále jsou navrženy dvě unikátní metody kompenzace, které minimalizují popsané teplotní vlivy a umožní tak přesné měření v širokém teplotním rozsahu. V neposlední řade je ověřena i možnost zobecnění a extrapolování navrženého korekčního modelu. Výstupy této studie jsou již využívány při přípravě budoucích vesmírných misí a mají význam pro další vědecké a průmyslové aplikace tohoto typu detektorů. Tato práce poskytuje cenné informace a pomůže zlepšit přesnost měření v oblasti rentgenového záření.

The detection of X-rays is crucial to studying and understanding many astrophysical phenomena. However, the Earth's atmosphere significantly attenuates this type of radiation, so measurements must be made in Earth's orbit. This approach involves challenging conditions such as increased radiation, vacuum condition and extreme temperature changes. This thesis focuses on the effect of changing these conditions on the accuracy of radiation measurements using hybrid pixel detectors. These detectors have proven their capability on several space missions and have significant application potential. Particular emphasis is placed on investigating the effect of temperature on measurement accuracy in different measurement modes, especially the impact on the detection of the energy of the incident X-ray radiation. The results are verified and validated in a thermal vacuum chamber. This thesis addresses the measurement principles, description and characterisation of the identified distortions in the energy spectra. In addition, two unique compensation methods are proposed that minimise the described temperature effects and thus provide accurate measurements over a~wide temperature range. Finally, the possibility of generalising and extrapolating the proposed correction model is presented and verified. The results of this research are relevant to further scientific and industrial applications of this type of detector and are already being used in the preparation of future space missions. This~work provides valuable information and will help to improve the accuracy of X-ray measurements.