Development of the superconducting detectors and read-out for the X-IFU instrument on board of the X-ray observatory Athena
高能天体物理学高级望远镜（雅典娜）已被欧空局选为其第二个大型飞行任务。未来的欧洲X射线观测站将研究炽热和充满活力的宇宙，预计将于2028年发射。基于超导过渡边缘传感器（TES）的微量热计是雅典娜星上X射线积分场单元（X-IFU）探测器阵列的首选技术。X-IFU是在软X射线波段（0.3 - 12 keV）工作的2-D成像积分场光谱仪。该探测器由3840个耦合到X射线吸收器的TES阵列组成，并使用基于超导量子干涉器件（SQUID）的频域复用（FDM）在MHz带宽中读出。所提出的设计要求具有高填充因子，高量子效率，相对较高的计数率能力和在5.9 keV的能量分辨率为2.5 eV的设备。本文将回顾基于TES的微量热计的基本原理和物理，并介绍FDM读出的最新技术。
2016-04-03 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
The TES-based Cryogenic AntiCoincidence Detector (CryoAC) of ATHENA X-IFU: a large area silicon microcalorimeter for background particles detection
本文介绍ATHENA X-IFU的CryoAC单像素原型测试，通过放射源校准及与旧原型符合测量，验证低能响应并区分实验室背景中的宇宙μ子与次级粒子信号。
2024-01-19 astro-ph.IM physics.ins-det
The Cryogenic AntiCoincidence detector for ATHENA X-IFU: assessing the role of the athermal phonons collectors in the AC-S8 prototype
ATHENA X射线天文台是欧空局2015-2025年宇宙愿景科学方案中的第二个大型飞行任务。两种机载仪器之一是X-IFU，这是一种基于大型TES微量热仪阵列的成像光谱仪。为了减少粒子诱导的背景，光谱仪与低温反符合探测器（CryoAC）结合使用，放置在TES阵列下方不到1 mm处。最后的CryoAC单像素原型，即AC-S7和AC-S8，基于由65个并联的铱TES感测的大面积（1平方厘米）硅吸收体。采用这种设计可以提高非热声子的响应，并将其用作快速反符合标记。后一个样品还具有直接连接到TES的铝指网络，旨在进一步提高无热气流收集效率。在本文中，我们将报告使用AC-S8获得的主要结果，表明附加的指状物网络能够增加从脉冲的无热部分收集的能量（从AC-S7的6%增加到AC-S8的26%）。此外，指状设计能够防止准粒子在铝中复合，确保快速脉冲上升前沿（L/R限制）。在我们的路线图中，AC-S8原型是开发CryoAC演示模型（DM）之前的最后一步，该模型将是能够演示CryoAC开发计划中预期的关键技术的探测器。
2018-07-23 astro-ph.IM physics.ins-det
Development of TES-based detectors array for the X-ray Integral Field Unit (X-IFU) on the future x-ray observatory ATHENA
我们正在为未来欧洲X射线天文台雅典娜的X射线积分场单元（XIFU）开发基于过渡边缘传感器（TES）的微量热计。微量热计是基于TiAu TES耦合到250μm平方，AuBi吸收剂。我们设计并制造了在吸收体和TES之间具有不同接触几何形状以优化检测器性能并且具有不同布线拓扑结构以减轻自磁场的装置。该设计是定制的，以优化频域复用下的性能。在本文中，我们审查的主要设计特点的像素阵列，我们报告的性能的18个通道，2- 5 MHz频域复用器，将被用来表征探测器阵列。
2016-04-02 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
The Cryogenic AntiCoincidence detector for ATHENA X-IFU: a scientific assessment of the observational capabilities in the hard X-ray band
ATHENA是一个大型X射线观测站，计划由欧空局于2028年向L2轨道发射。有效载荷的两个仪器之一是X-IFU：一个基于大量TES微量热计阵列的低温光谱仪，能够在0.2 - 12 keV波段（6 keV时2.5 eV FWHM）进行积分场光谱学。X-IFU灵敏度因L2轨道中预期的粒子背景而高度降低，该粒子背景由银河系和太阳起源的初级质子引起，主要由次级电子引起。为了降低粒子本底水平并实现飞行任务的科学目标，该仪器装有一个低温反符合探测器（CryoAC）。它是一个基于TES的4像素探测器，放置在主阵列下方<1 mm处。在本文中，我们报告的CryoAC在硬X射线波段（E> 10 keV）的观测能力的科学评估。本研究的目的是了解目前的探测器设计是否可以改进，以便在比TES阵列更宽的能带上扩大X-IFU的科学能力。这超出了CryoAC基线，因为该仪器旨在作为反符合粒子探测器运行，而不是设想进行X射线观测。
2017-05-19 astro-ph.IM
Pulse processing in TES detectors: comparison of different short filter methods based on optimal filtering. Case study for Athena X-IFU
在欧空局雅典娜飞行任务的框架内，X射线雅典娜天文台上的X射线积分场单元仪器是一个低温微量热计阵列，由跃迁边缘传感器探测器组成，目的是提供空间分辨的高分辨率光谱学。作为机载事件处理器（EP）的一部分，重建软件将提供撞击探测器并在其上感应电流脉冲的入射X射线光子的能量、空间位置和到达时间。作为标准的最佳滤波技术，所选基线重建算法，已经分析了不同的修改以处理比高分辨率所考虑的脉冲更短的脉冲（其中由于在它们之后的闭合脉冲而不能获得完整长度的那些），以便基于能量分辨率和计算性能结果来选择最佳选项。可以得出结论，优化短滤波器的能量分辨率的最佳方法是0填充滤波技术，也受益于计算资源的减少。然而，由于缺乏关于飞行中实际稳定性的综合信息，其对偏移波动的高度敏感性目前阻止其用作X-IFU应用的基线治疗。
2021-01-29 astro-ph.IM
The Hot and Energetic Universe: The X-ray Integral Field Unit (X-IFU) for Athena+
雅典娜+任务概念旨在实施提交给欧洲航天局的热和高能宇宙科学主题，以响应其科学计划L2和L3任务定义白皮书的呼吁。雅典娜+科学有效载荷包括一个大口径高角分辨率X射线光学器件和12米外的两个可互换焦平面仪器：X射线积分场单元（X-IFU）和宽视场成像仪（WFI）。X-IFU是一种低温X射线光谱仪，基于一个大的过渡边缘传感器（TES）阵列，在直径为5弧分的视场内提供2.5 eV的光谱分辨率，约5”像素。在本文中，我们简要描述了Athena+任务概念和X-IFU性能要求。然后，我们介绍了X-IFU探测器和读出电子原理，焦平面组件的当前设计，冷却链和审查的全球架构设计。最后，我们描述了目前的性能估计，在有效面积，粒子背景抑制，计数率能力和速度测量。最后，我们强调的最新技术发展有关TES阵列的制造，光谱分辨率和读出性能的实现，以显示显着的进展正在实现对苛刻的X-IFU的要求。
2013-08-30 astro-ph.IM
Ground calibration plan for the Athena/X-IFU microcalorimeter spectrometer
Université de Toulouse（图卢兹大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；IRAP（天体物理研究所）；Université de Genève（日内瓦大学）；Università degli Studi di Palermo（巴勒莫大学）；INAF/Osservatorio Astronomico di Palermo G.S.Vaiana（意大利国家天体物理研究所巴勒莫天文台）；CNES（法国国家空间研究中心）；Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（天体物理学与行星物理学研究所）；SRON, Netherlands Institute for Space Research（荷兰空间研究所）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；NASA/Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）
本文介绍了Athena任务中X-IFU光谱仪的地面校准计划，包括校准要求、策略及各参数和特性的具体校准程序与源。
2026-06-18 astro-ph.IM
The TES-based Cryogenic AntiCoincidence Detector of ATHENA X-IFU: Validation of the thermal end-to-end simulator towards the updated Demonstration Model (DM 1.1)
本文介绍了未来 ATHENA X-IFU 的低温反符合探测器（CryoAC），通过测量单像素原型 DM127 的关键热学参数，调整并验证了包含电热建模与读出链动力学的端到端模拟器。
2025-01-22 astro-ph.IM
A 50 mK test bench for demonstration of the readout chain of Athena/X-IFU
计划于21世纪30年代中期发射的欧空局大型任务雅典娜（高能天体物理学高级望远镜）上的X-IFU（X射线积分场单元）将是一个低温X射线成像光谱仪，工作温度为55 mK。它将在0.2-12 keV能量范围内提供前所未有的空间分辨高分辨率光谱（2.5 eV FWHM高达7 keV），这要归功于其超过2k像素的TES（过渡边缘传感器）微量热计阵列。该仪器的探测链由国际合作开发：NASA/GSFC的探测器阵列，NIST的冷电子器件，VTT的冷放大器，APC的WFEE（热前端电子器件），IRAP的DRE（数字读出电子器件）和SRON的焦平面组件。为了评估X-IFU完整读出链的运行情况，IRAP与法国国家空间研究中心合作，开发了一个基于NASA/GSFC千像素微量热计阵列的50 mK测试台。已使用完全来自NIST和Goddard的中间检测链对测试台进行了验证。接下来计划的活动包括DRE和WFEE原型的集成，以便对完整的X-IFU检测链进行端到端演示。
2022-09-09 astro-ph.IM
Development of frequency domain multiplexing for the X-ray Integral Field Unit (X-IFU) on the Athena
我们正在开发的频域多路复用（FDM）读出的过渡边缘传感器（TES）微量热计的X射线积分场单元（X-IFU）的仪器上的未来欧洲X射线天文台雅典娜。X-IFU仪器由具有高量子效率（$>$ 90 \%）和光谱分辨率$ΔE$ =2.5 eV $@$ 7 keV（$E/ΔE\sim$ 2800）的$\sim$ 3840 TES阵列组成。FDM目前是X-IFU仪器的基线读出系统。利用SRON公司研制的高品质因数LC滤波器和室温电子学器件以及VTT公司提供的低噪声两级SQUID放大器，我们最近在具有Au/Bi吸收体的Mo/Au TES量热计的FDM读出中展示了良好的性能。一个集成的噪声等效功率分辨率约为2.0 eV，在1.7 MHz已被证明与一个新的TES阵列从美国宇航局/戈达德（GSFC-A2）的像素。在1.7 MHz的交流偏置频率下，单像素读出的X射线能量分辨率为$\sim$ 2.5 eV。我们还首次证明了X射线能量分辨率约3.0 eV的6像素FDM读出与TES阵列（GSFC-A1）。在本文中，我们报告的单像素的性能，这些微热计MHz的交流偏置下，这些像素的性能下FDM的进一步结果。
2016-11-03 astro-ph.IM
Toward the full test of the nuMSM sterile neutrino dark matter model with Athena
我们讨论了雅典娜X射线望远镜的潜力，特别是其X射线积分场单元（X-IFU），用于检测质量在千电子伏范围内的轻质衰减暗物质的信号。我们表明，高能量分辨率和大收集面积的X-IFU将提供一个灵敏度的改善，这将是足够的中微子最小扩展的标准模型（nuMSM）的全面测试。利用X-IFU在矮球状星系光谱中寻找暗物质不育中微子衰变产生的窄谱线，将探索最轻的nuMSM不育中微子的全允许范围质量和混合角，从而找到暗物质信号或排除nuMSM模型。
2016-03-12 astro-ph.HE astro-ph.IM
Measuring turbulence and gas motions in galaxy clusters via synthetic Athena X-IFU observations
雅典娜望远镜上的X射线积分场装置将通过分别通过发射线的质心移动和加宽观测气体速度$v$和速度色散$w$，提供对团内介质运动学的前所未有的观测。要提高数据质量和数量，就必须评估与这种新的数据分析有关的系统性，即偏差、统计误差和系统误差，以及不同测量数量之间可能存在的相关性。我们开发了一种端到端X-IFU模拟器，该模拟器模拟使用SIXTE获得的一组模拟事件列表上的完整X射线光谱拟合分析。我们已经将其应用到三个流体动力学模拟的后发座状集群，包括注入湍流。这使我们能够评估的能力，X-IFU映射五个物理量的集群核心：排放量，温度，金属丰度，速度和速度分散。最后，从我们的测量地图开始，我们计算了二维结构函数（SF）的排放测量波动，$v$和$w$，并将它们与直接从模拟得到的。各参量与输入投影值相吻合，无偏差，除速度频散误差达15%左右外，系统误差均小于5%。此外，所有的测量证明是统计独立的，表明拟合方法的鲁棒性。最重要的是，我们恢复的斜率的SF在惯性制度具有很好的精度，但我们观察到一个系统的过度规范化的SF $_v$和SF $_w$归因于简单的假设均匀和（双）高斯测量误差。我们的工作突出了Athena X-IFU在探测ICM的热力学和运动学特性方面的出色能力。（节略）
2018-07-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
Thermal simulations of temperature excursions on the Athena X-IFU detector wafer from impacts by cosmic rays
我们提出了一个热模型的设计和实施，在COMSOL开发，旨在探测所产生的现实率和能量的宇宙射线在L2的雅典娜X-IFU探测器晶片的晶圆级的热响应。晶片热模型是四层2D模型，其中2层表示组成材料（Si体和Si $_{3}$ N $_{4}$膜），并且2层表示Au金属化层的声子和电子温度。我们的基础上的X-IFU探测器晶片的当前规格的模拟几何形状，并模拟宇宙射线的影响，使用一个简单的功率注入到硅体。我们在仪器最中心的TES检测器处测量温度。通过探测系统的响应和脉冲特性作为热输入能量和位置的函数，我们在Python中重建宇宙射线脉冲。通过利用该代码，以及为X-IFU生成的GEANT 4模拟结果，我们生成了中央TES所看到的温度的真实时间顺序数据（TOD），我们使用该数据来模拟该晶圆上类似空间条件下仪器能量分辨率的退化。我们发现一个退化的能量分辨率为7 keV的X射线的$\approx$ 0.04 eV。通过修改晶片参数和比较模拟的TOD，这项研究是一个有价值的工具，探测器看到的热背景上的设计变化。
2020-01-31 astro-ph.HE astro-ph.IM
The end-to-end simulator of the ATHENA X-IFU Cryogenic AntiCoincidence detector (CryoAC)
本文介绍用于ATHENA X-IFU CryoAC的端到端模拟器，整合Geant4粒子本底、TES电热、SQUID FLL与触发算法，以支持设计评估和新基线配置确定。
2024-07-19 astro-ph.IM
Updates on the background estimates for the X-IFU instrument onboard of the ATHENA mission
ATHENA预计将于2028年向L2轨道发射，涉及“炽热和充满活力的宇宙”这一科学主题，将一台高性能X射线望远镜与两台互补的焦平面仪器相结合。其中之一，X射线积分场单元（X-IFU）是一个基于TES的千像素阵列，在5 arcmin FoV范围内提供空间分辨的高分辨率光谱（6 keV时为2.5 eV）。这类探测器的背景由几个部分组成：漫射宇宙X射线背景，由反射镜聚焦并从视场内到达探测器的低能粒子（<~100 keV），以及穿过航天器并从各个方向到达焦平面的高能粒子（>~100 MeV）。这些组件中的每一个都在研究中，以减少它们对乐器性能的影响。这项任务特别具有挑战性，因为缺乏关于L2中X射线探测器背景的数据，这种轨道中预期的粒子环境的不确定性，以及蒙特卡罗背景计算中使用的模型的可靠性。因此，该小组所处理的活动范围很广，从重新分析以前的飞行任务，如XMM-牛顿的数据，到通过对地球磁尾卫星上的粒子监测器进行数据分析来确定L2环境的特征，到确定太阳事件及其发生的特征，以及验证蒙特卡罗模拟所涉及的物理模型。所有这些活动将允许开发一套可靠的模拟来预测，分析和找到有效的解决方案，以减少X-IFU所经历的粒子背景，最终满足实现ATHENA科学的科学要求。虽然这些活动仍在进行中，但我们在此介绍小组已经取得的一些初步成果。
2017-04-27 astro-ph.IM
Detection capabilities of the Athena X-IFU for the warm-hot intergalactic medium using gamma-ray burst X-ray afterglows
在低红移时，观测到的重子密度远远低于预测的重子总数。宇宙学模拟表明，这些重子存在于被称为温热星系际介质（WHIM）的无定形气体结构中。由于这些灯丝的高温，物质被高度电离，从而吸收并发射远紫外和软X射线光子。雅典娜是拟议中的欧洲空间局X射线天文台，其目的是通过活动星系核的吸收和伽马射线暴余辉光谱，探测WHIM中“失踪”的重子，直至$z=1$的红移，从而能够研究宇宙这些大尺度结构的演变。本文利用SIXTE（SIMulationofX射线Telescopes）框架模拟了GRB X射线余辉谱中的WHIM灯丝。我们调查的可行性，他们的检测与X-IFU仪器，通过O VII（$E=573$ eV）和O VIII（$E=674$ eV）的吸收功能，为一系列的等效宽度印到GRB余辉光谱观察到的起始通量范围之间的$10^{-12}$和$10^{-10}$ erg cm $^{-2}$ s $^{-1}$，在0.3-10千电子伏的能带。用盲线搜索法对X-IFU谱进行分析表明，Athena能探测到具有EW $_\mathrm{O VII} > 0.13$ eV和EW $_\mathrm{O VIII} > 0.09$ eV的O VII-O VIII吸收对，余辉具有$F>2 \times 10^{-11}$ erg cm $^{-2}$ s $^{-1}$。这使得在四年飞行任务寿命期间能够探测到$\appr…
2020-07-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
The defocused observations of bright sources with Athena/X-IFU
X射线积分场单元（X-IFU）是欧空局雅典娜X射线天文台的高分辨率X射线光谱仪。它将提供0.2-12 keV波段的X射线数据，其光谱分辨率为2.5 eV至7 keV。在观察非常明亮的X射线源期间，X-IFU探测器将接收到高光子率。X-IFU的计数率能力将通过使用散焦选项得到提高，这将使观测通量高达$\simeq 1$ Crab的极亮光源成为可能。在散焦模式下，望远镜的点扩散函数（PSF）将分布在大量像素上。在这种情况下，每个像素接收总通量的一小部分。由于PSF的能量依赖性，如果不正确分析，该模式将生成随计数率增加的能量依赖性伪影。为了解释像素中脉冲分离导致的能量分辨率降低，将定义分级方案（此处为四个等级），以影响对每个事件的适当能量响应。这将产生选择效应，阻止对所有事件使用标称辅助响应文件（ARF）。我们提出了一种新的方法重建的光谱进行观测与PSF的能量的函数而变化。我们应用我们的方法的情况下，在离焦观测的X-IFU光谱。我们使用端到端SIXTE模拟器对散焦X-IFU观察结果进行建模。然后，我们估计新的ARF为每个等级通过计算有效面积在每个像素的水平。我们的方法使我们能够成功地重建光谱的亮源时，在散焦模式，没有任何偏见。最后，我们将讨论如何与我们的知识的PSF作为能量的函数的各种来源的不确定性影响我们的结果。
2022-05-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Review of the particle background of the Athena X-IFU instrument
X射线观测受到背景的限制，这是由于源的固有模糊性或扩散性质。未来的雅典娜X射线天文台的目标之一是描述这些来源的特征。我们的目标是在雅典娜微量热仪的粒子诱导的背景下，在其低（软质子）和高（GCR）能量诱导的组件，以评估仪器的能力，以表征背景为主的来源，如星系团的郊区。我们比较两种辐射环境，即L1和L2拉格朗日点，并推导出对后者的迹象。我们用蒙特卡罗模拟方法估算了X-IFU微量热计上的粒子诱导本底能级，并对降低粒子诱导本底能级所采取的各种措施进行了比较。关于GCR诱导成分，本底水平符合任务要求。关于软质子部分，分析并没有预测L1和L2轨道的背景有很大的不同。然而，由于缺乏有关L2环境的数据，它的特征非常弱，因此我们建议不要选择它作为X射线任务的轨道。然后，我们使用这些背景水平来模拟观察一个典型的星系团从其中心到1.2 R200探测仪器的表征能力到郊区。我们发现，如果没有任何背景减少，它是不可能的集群在外部区域的特性。我们还发现，在太阳活动最大期间进行的观测与太阳活动最小条件相比，没有任何改善。
2021-01-07 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
The first cut is the cheapest: optimizing Athena/X-IFU-like TES detectors resolution by filter truncation
本研究提出0-padding算法，通过截断经典最优滤波器降低计算成本，在真实数据与模拟中验证其能保持TES探测器高能量分辨率，对星载处理高效。
2024-03-25 astro-ph.IM
The Athena X-ray Integral Field Unit (X-IFU)
高能天体物理学高级望远镜（雅典娜）上的X射线积分场单元（X-IFU）将提供0.2至12 keV的空间分辨高分辨率X射线光谱，在5弧分等效直径的视场内具有5弧秒像素，光谱分辨率为2.5 eV至7 keV。在本文中，我们首先回顾了雅典娜的核心科学目标，驱动X-IFU的主要性能参数，即光谱分辨率，视场，有效面积，计数率能力，仪器背景。我们还说明了一些天文台的科学目标的X-IFU的突破潜力。然后，我们简要描述了在2016年5月完成的任务整合审查时定义的X-IFU设计，并报告了其预测性能。最后，我们讨论了一些选项，以提高仪器的性能，同时不增加其复杂性和资源需求（例如计数率能力，光谱分辨率）。X-IFU将由法国、荷兰和意大利牵头的国际财团提供，比利时、芬兰、德国、波兰、西班牙、瑞士以及美国和日本的两个国际合作伙伴将提供进一步的欧空局成员国捐款。
2016-08-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Spectroscopic performance of flight-like DEPFET sensors for Athena's WFI
雅典娜X射线望远镜的宽视场成像仪由两个背面照明探测器组成，使用在滚动快门读出模式下操作的DEPFET传感器：一个大型探测器阵列，具有四个传感器，每个传感器512 x512像素和一个小型探测器，便于WFI的高计数率能力，用于研究明亮的点状源。这两种传感器都是以全尺寸制造的，其像素布局，制造技术和读出模式在之前的原型阶段中选择。我们提出的光谱性能，这些飞行类探测器的不同的光子能量在相关部分的目标能量范围从0.2千电子伏至15千电子伏的仪器的定时要求。对于由铁-55源产生的5.9 keV光子，表示为光谱中发射峰的半峰全宽的光谱性能对于大型探测器为126.0 eV，对于快速探测器为129.1 eV。对相机信号链的初步分析还允许在标称操作阶段结束时对空间中的性能进行第一次预测。
2022-08-08 astro-ph.IM physics.ins-det
Estimating, monitoring and minimizing the travel footprint associated with the development of the Athena X-ray Integral Field Unit -- An on-line travel footprint calculator released to the science community
全球变暖迫使我们反思我们进行研究的方式，着手履行义务，尽量减少我们的研究计划对环境的影响，减少我们的旅行足迹是最容易实施的行动之一，这要归功于数字技术的进步。X射线积分场装置（X-IFU）是欧洲航天局雅典娜空间X射线观测站的低温分光计，将由一个大型国际财团开发。应尽量减少与X-IFU开发相关的行程足迹。为此，开发了一个旅行足迹计算器，并首次向X-IFU联盟成员发布。计算器使用七种不同的排放因子和方法，对于相同的飞行距离，其差异高达5倍。观察到的差异说明缺乏计算飞行足迹的标准和法规，主要是由于对非CO2影响的不同核算。该计算器使我们能够计算大量旅行的旅行足迹，并可以帮助确定一个会议地点，最大限度地减少大量可能的城市主机（例如拥有大型机场的城市）的整体旅行足迹。该计算器还包括一个最小距离选项，超过该最小距离，飞行被认为是最合适的运输选择;低于该选择的距离，则考虑训练旅程的排放。为了展示其全部功能，计算器首先在最大的科学会议之一上运行; AGU的秋季会议和IPCC的会议，它被用来计算将最大限度地减少旅行足迹的位置。因此，X-IFU的旅行足迹估计约为500吨CO2当量/年。通过这篇论文，在线旅行足迹计算器被发布到科学界（删节）。
2021-02-22 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.soc-ph
Progress in the development of frequency domain multiplexing for the X-ray Integral Field Unit on board the Athena mission
频域多路复用（FDM）是雅典娜飞行任务机载X射线积分场单元（X-IFU）的基线读出系统。在FDM方案下，TES耦合到无源LC滤波器，并以MHz频率用交流电（AC偏置）偏置。使用高品质因数LC滤波器和室温电子学在SRON和低噪声两级SQUID放大器提供的VTT，我们最近已经证明了良好的性能与FDM读出的Mo/Au TES量热计与Au/Bi吸收剂。我们已经实现了性能要求的演示模型（DM）与单像素交流偏置（$ΔE=$ 1.8 eV）和9像素复用（$ΔE=$ 2.6 eV）模式。我们还展示了平均能量分辨率为3.3 eV的14像素多路复用，这受到我们实验室设置中与FDM读出相关的非基本问题的限制。
2020-03-26 astro-ph.IM
System performance of a cryogenic test-bed for the time-division multiplexing readout for NewAthena X-IFU
本文报道了用于 NewAthena X-IFU 的 TDM 低温测试台，其线束长度接近实际设计，通过32行读出在6 keV处实现2.7 eV FWHM 能量分辨率，并展望了集成到焦平面开发模型的前景。
2024-11-05 astro-ph.IM
Life Cycle Assessment of the Athena X-ray Integral Field Unit
本文对Athena X射线积分视场单元（X-IFU）进行了生命周期评估，发现测试、办公和仪器制造是主要环境影响来源，并指出在仪器重新设计后需更新评估以持续降低环境足迹。
2024-04-23 astro-ph.IM
Inferring black hole spins and probing accretion/ejection flows in AGNs with the Athena X-ray Integral Field Unit
活动星系核（AGN）具有复杂的X射线谱，它具有多种发射和吸收特征，通常被解释为i）由紧凑的硬X射线源照射吸积盘而产生的相对论模糊反射分量，ii）由活动星系核驱动的流出物穿过我们的视线而产生的一个或多个热/电离吸收分量，以及iii）由更远的材料产生的非相对论性反射分量。因此，通过详细的模型拟合解开这些组件可以用来约束黑洞自旋，吸积流的几何形状和特性，以及流出和周围的黑洞。我们研究如何高通量高分辨率X射线光谱仪，如雅典娜X射线积分场单元（X-IFU）可以用于这一目的，使用最先进的反射模型Relxill在灯柱几何配置的状态。我们模拟了一个有代表性的样本AGN光谱，包括所有必要的模型复杂性，以及一系列的模型参数从标准到更极端的值，并认为X射线通量是已知的AGN和类星体（QSO）人口的代表。我们还提出了一种方法来估计系统误差相关的不确定性校准的X-IFU。在一个保守的设置，其中的反射分量计算自洽的Relxill模型从预先设定的几何形状和没有铁的丰度，在自旋和辐射源的高度的平均误差是<0.05和~0.2 Rg。类似地，吸收体参数的测量精度通常小于~ 5%。将模拟扩展到包括蓝移超快流出，我们表明X-IFU可以测量它们的速度，即使对于高红移物体（删节），统计误差也<1%。
2019-06-06 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
The Athena X-ray Integral Field Unit
X射线积分场单元（X-IFU）是欧空局雅典娜X射线天文台的高分辨率X射线光谱仪。在5'等效直径的视场内，它将在约5弧秒像素上以2.5 eV至7 keV的光谱分辨率提供0.2至12 keV的X射线光谱。X-IFU基于冷却温度约为90 mK的超导铱-金过渡边缘传感器的大型阵列，每个传感器与由金和铋制成的吸收体耦合，间距为249微米。位于主TES阵列下方的低温反符合探测器能够减少非X射线背景。通过一系列机械冷却器组合15 K脉冲管、4K和2K焦耳-汤姆逊冷却器来获得约50 mK的浴温，所述机械冷却器预冷却由3 He吸附冷却器与绝热退磁制冷器耦合制成的亚开尔文冷却器。频域多路复用使得能够在一个单个通道中读出40个像素。光子与吸收体相互作用产生电流脉冲，由读出电子放大，其形状在板上重建，以高精度恢复其能量。Athena可移动反射镜组件提供的散焦能力使X-IFU能够通过将望远镜点扩散函数扩展到数百个像素来观察天空中最亮的X射线源（达到Crab样强度）。因此，X-IFU提供低堆积、高通量（>50%），并且在1 Crab强度下通常具有10 eV的光谱分辨率，即比基于硅的X射线探测器好10倍或更多。本文介绍了当前的X-IFU基线，以及在光谱分辨率、背景和计数率能力方面对其预期性能的评估。X-IFU基线配置将接受计划于2018年底进行的初步需求审查。
2018-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Total ionizing dose test with DEPFET sensors for Athena's WFI
本文针对Athena的WFI中的DEPFET传感器和ASIC进行了总电离剂量测试，在低剂量、低剂量率和低温条件下利用X射线源辐照原型模块，发现14 Gy辐照并退火后阈值电压平均偏移80 mV，读出噪声仅增加10%，探测器性能基本保持不变。
2022-08-03 astro-ph.IM physics.ins-det
The Athena X-ray Integral Field Unit: a consolidated design for the system requirement review of the preliminary definition phase
雅典娜X射线积分单元（X-IFU）是高分辨率X射线光谱仪，自2015年以来一直在雅典娜空间X射线天文台上进行研究，该天文台是一个多功能天文台，旨在解决热和高能宇宙科学主题，于2013年11月由巡天科学委员会选定。基于一个大型的过渡边缘传感器（TES）阵列，它的目标是提供空间分辨X射线光谱，光谱分辨率为2.5 eV（高达7 keV）的六边形视场为5弧分（等效直径）。X-IFU于2022年6月进入系统需求审查（SRR），大约与此同时，由于Athena的意外成本超支，ESA要求对X-IFU进行整体重新设计（包括X-IFU低温恒温器和冷却链）。在本文中，在说明了X-IFU的突破性功能后，我们描述了其SRR中的仪器，浏览了所有子系统和相关要求。然后，我们展示了仪器预算，特别强调了其一些关键性能参数的预期预算。最后，我们简要讨论了正在进行的关键技术演示活动，校准和活动，预计在X-IFU仪器科学中心，并触及沟通和推广活动，联盟组织，最后对X-IFU的生命周期评估，旨在最大限度地减少环境足迹，与仪器的发展。由于迄今为止对X-IFU进行的研究，预计随着欧空局要求的按成本设计的工作，X-IFU将保持空间分辨高分辨率X射线光谱学方面的旗舰能力，从而能够保留雅典娜飞行任务中与X-IFU有关的大多数原始科学目标。（节略）。
2022-11-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Opening the low-background and high-spectral-resolution domain with the ATHENA large X-ray observatory: Development of the Cryogenic AntiCoincidence Detector for the X-ray Integral Field Unit
ATHENA是欧空局选择于2031年发射的大型任务。它的目的是解决科学主题“热和充满活力的宇宙”，在L2日地拉格朗日点进行X射线观测（0.2-12千电子伏）。X-IFU是有效载荷的两种仪器之一。它是一种低温光谱仪，提供空间分辨的高分辨率光谱。该仪器的核心是一个大阵列的TES微量热计，在50 mK的热浴操作。L2环境中预期的颗粒背景会严重降低X-IFU性能，因此采用了先进的减少技术，将该影响减少到$\sim$ 50倍。这是实现任务的许多核心科学目标所必需的。由于低温反符合检测器（CryoAC），大部分背景减少（$\sim 80\%$）得以实现，该检测器是一种4像素TES微量热计，将放置在TES阵列下方不到1 mm处。CryoAC是一种内置于仪器中的仪器，具有独立的冷热电子设备和专用的数据处理链。为了达到所需的粒子排斥效率（$\sim 98 \%$），它将具有宽的能带（从20 keV到$\sim$ 1 MeV）和低的死区时间（$< \sim 2\%$），同时考虑若干约束以确保与TES阵列的机械、热和电磁兼容性。在这里，我将报告我的博士研究活动，重点是CryoAC演示模型（DM）的开发，这是ESA在任务采用之前要求的单像素探测器。本文主要分为两个部分。在第一篇中，我将主要介绍我的研究的天体物理框架，在第二篇中，我将重点介绍为CryoAC DM开发而进行的实验活动。
2019-04-05 astro-ph.IM
System performance of a TDM test-bed with long flex harness towards the new X-IFU FPA-DM
该研究表征并调试了带长柔性线束的 TDM 低温读出试验台，验证其在 16 行复用时于 5.9 keV 达到 2.8 eV 标称能谱性能，为 X-IFU FPA-DM 集成奠定基础。
2024-03-05 astro-ph.IM
Testing the X-IFU calibration requirements: an example for quantum efficiency and energy resolution
欧空局雅典娜L2飞行任务上的X射线积分场单元（X-IFU）具有在90 mK下工作的3840个过渡边缘传感器（TES）阵列，将在0.2至12 keV的带通范围内提供空间分辨的高分辨率光谱（2.5 eV FWHM至7 keV）。X-IFU的飞行中性能将受到仪器校准的强烈影响。对整个系统（从滤波器传输到能量标度）的了解不充分，可能会在数据中引入系统误差，这可能会损害科学目标-特别是那些涉及线表征的目标，例如湍流速度测量-如果没有适当考虑。因此，定义和验证校准要求至关重要。在本文中，我们提出了一个模拟工具的基础上最新的配置的各种子系统（如过滤器，检测器吸收器），使我们能够估计系统误差相关的仪器响应的不确定性。值得注意的是，在能量分辨率和仪器的量子效率的不确定性对X-IFU观测的影响进行评估，作为一个测试案例的测量的铁K复杂的星系团周围的热气。还讨论了能量分辨率和量子效率的飞行和地面校准。我们证明，提供了一个准确的校准的仪器，这种影响应该是低的，在这两种情况下，在观察期间的统计数据。
2018-07-04 astro-ph.IM
Energy scale calibration and drift correction of the X-IFU
Athena X射线积分场单元（X-IFU）将在0.2至12 keV能带范围内提供空间分辨高分辨率光谱（2.5 eV FWHM至7 keV）。它将包括一个由3840个超导过渡边缘传感器（TES）组成的阵列，工作温度为90 mK，绝对能量标度精度为0.4 eV。TES操作环境的轻微变化可能会导致其能量响应函数发生显着变化，这可能会导致探测器能量分辨率下降，并且如果不进行适当纠正，最终会导致绝对能量标度中的系统误差。这些变化将通过机载调制X射线源（MXS）进行监测，并将使用地面校准期间获得的增益曲线的多参数插值来相应地校正能量标度。假设现实的MXS配置和使用仪器端到端模拟器SIXTE，我们在这里调查的X-IFU能量规模的统计和系统的影响，发生在地面测量或飞行中。相应的能量分辨率的影响和手段占这些错误也得到了解决。我们特别表明，多参数增益校正，使用脉冲高度估计和脉冲的基线，可以准确地恢复系统的增益影响，由于在0.4 eV内的TES操作条件的现实变化。这种技术相对于MXS线配置和校正时间，以及能量尺度参数化的优化也显示出有希望的结果，以提高校正的准确性。
2018-07-04 astro-ph.IM
Performance of the SRON Ti/Au Transition Edge Sensor X-ray Calorimeters
在21世纪30年代初，欧空局新的X射线天文台雅典娜计划发射。它将携带两个主要仪器，其中一个是X射线积分场单元（X-IFU），这是一个X射线成像光谱仪，它将由数千个过渡边缘传感器组成的阵列组成，对于高达7千电子伏的光子能量，拟议的能量分辨率为2.5电子伏。在SRON，我们开发了基于Ti/Au双层的备份TES阵列，其转变温度略低于100 mK。在这方面的贡献，我们将给出一个广泛的概述这些国家的最先进的探测器的属性和能力。多年来，我们已经制造和研究了大量具有各种几何形状的探测器，使我们对如何精确控制探测器的性能有了很好的了解。我们能够精确地改变最重要的探测器特性，如法向电阻、热导率和临界温度。这使我们能够微调我们的探测器，以满足各种应用的需求。探测器已经证明了低于1.8 eV的5.9 keV的X射线的优秀的能量分辨率。通过调整器件的特性，它们可以与使用AC和DC偏置的各种读出方案进行最佳匹配。下一步是将TES阵列的尺寸从目前的千像素阵列增加到X-IFU的全尺寸阵列。
2022-08-26 astro-ph.IM
The X-ray Integral Field Unit at the end of the Athena reformulation phase
本文介绍Athena任务成本重定义后X-IFU的简化低温与读出架构，说明其在4 eV能量分辨率、4′视场和2027年采纳目标下的性能与进度。
2025-02-15 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
