Performance evaluation of CdZnTe based improved X-ray detector (iXRD) on SharjahSat1 cubesat

Abstract

Bu tez kapsamında, CdZnTe tabanlı bir X ışını algılayıcının (Geliştirilmiş X Işını Algılayıcı -improved X-Ray Detector (iXRD)) performansı üzerine çalışılmıştır. iXRD, 3 birimlik (3U) bir küp uydu olan SharjahSat-1'e, bilimsel görev yükü olarak yerleştirilmiştir. SharjahSat-1'in temel bilimsel görevi, Samanyolu Galaksisi'nde bulunan parlak X ışını kaynaklarını gözlemlemektir. iXRD'nin performans değerlendirmesi iki ana başlık altında toplanabilir. İlki, laboratuvar ortamında algılayıcının kalibrasyonunun yapılması ve çalışma performansının belirlenmesidir. İkincisi ise, benzetimler aracılığıyla uzaydaki arkaplan radyasyonunun sistem üzerindeki etkisinin ve algılayıcının hassasiyetinin belirlenmesidir.iXRD sisteminin yer tabanlı kalibrasyonu için bir çok deney yapılmıştır. Ölçülen enerji çözünürlüğü 60 keV'de 3.64 keV ile 9.05 keV arasında değişmektedir. Minimum ölçülebilen enerji değerleri ise 18.81 keV ile 29.03 arasında değişmektedir.//Yörüngedeki radyasyon ortamının iXRD sistemine etkisini belirlemek ve sistemin beklenen hassasiyetini hesaplamak için birçok benzetim yapılmıştır. Sonuçlara göre, albedo radyasyonu sistemin enerji aralığında en baskın ve değişmeyen bileşendir. Öte yandan, kozmik diffüz gama ışınlarının, 20-60 keV bandında en baskın bileşen olduğu görülmüştür. Galaktik kozmik protonların da sistem üzerinde önemli etkileri vardır.iXRD sisteminin algılama hassasiyeti yapılan benzetim çalışmalarının sonuçları kullanılarak hesaplanmıştır. Benzetim iskelesi yapılan deneylerle karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Sistemin beklenen hassasiyeti 20-100keV enerji aralığında yaklaşık olarak 180 mCrab olarak hesaplanmıştır. Elde edilen bu sonuca göre, iXRD sistemi, uzaydaki parlak X ışını kaynaklarını tesbit edebilecek kabiliyete sahiptir.

In the scope of this thesis, we have studied the performance of a CdZnTe based X-ray detector called improved X-ray Detector (iXRD). The iXRD/ is the science payload of a 3U cubesat SharjahSat-1 with the primary goal of monitoring bright X-ray sources in the Galaxy. The performance assessment comprises two main studies. The first is the determination of ground calibration and performance of the iXRD, while the latter is the determination of estimated background radiation effects and the expected sensitivity of the system.We conducted experiments to determine the ground-based calibration of the iXRD. The measured energy resolution varies between 3.64 keV and 9.05 keV at 60 keV. The minimum detectable energy varies between 18.81keV and 29.03 keV.We conducted Geant4 simulations to determine the orbital background radiation effects on the iXRD/ and the expected sensitivity of the system. The albedo photon radiation is the most dominant and flat component in the entire iXRD/ energy range, while the Cosmic Diffuse Gamma-ray radiation contribution is the highest in the 20-60 keV energy band. Galactic cosmic protons have also important impact.The detection sensitivity was estimated by using the simulation results. The simulation framework was validated with experiments. The expected sensitivity is around 180 mCrab between 20-100 keV energy band. This indicates that the iXRD will be able to detect very bright X-ray source candidates.