The European Photon Imaging Camera on XMM-Newton: The MOS Cameras

The EPIC focal plane imaging spectrometers on XMM-Newton use CCDs to record the images and spectra of celestial X-ray sources focused by the three X-ray mirrors. There is one camera at the focus of each mirror; two of the cameras contain seven MOS CCDs, while the third uses twelve PN CCDs, defining a circular field of view of 30 arcmin diameter in each case. The CCDs were specially developed for EPIC, and combine high quality imaging with spectral resolution close to the Fano limit. A filter wheel carrying three kinds of X-ray transparent light blocking filter, a fully closed, and a fully open position, is fitted to each EPIC instrument. The CCDs are cooled passively and are under full closed loop thermal control. A radio-active source is fitted for internal calibration. Data are processed on-board to save telemetry by removing cosmic ray tracks, and generating X-ray event files; a variety of different instrument modes are available to increase the dynamic range of the instrument and to enable fast timing. The instruments were calibrated using laboratory X-ray beams, and synchrotron generated monochromatic X-ray beams before launch; in-orbit calibration makes use of a variety of celestial X-ray targets. The current calibration is better than 10% over the entire energy range of 0.2 to 10 keV. All three instruments survived launch and are performing nominally in orbit. In particular full field-of-view coverage is available, all electronic modes work, and the energy resolution is close to pre-launch values. Radiation damage is well within pre-launch predictions and does not yet impact on the energy resolution. The scientific results from EPIC amply fulfil pre-launch expectations.Comment: 9 pages, 11 figures, accepted for publication in the A&A Special Issue on XMM-Newto

Schweißtechnische Verarbeitung und Qualifizierung mittelmanganhaltiger austenitischer Stähle für kryogene Anwendungen

Die Bedeutung technischer Gase nimmt weltweit immer weiter zu. Insbesondere in Folge politischer Vorgaben zur Emissionsreduktion und Einhaltung der Klimaziele werden verflüssigtes Erdgas (LNG) für Schifffahrt und landgestütztes Transportgewerbe aber auch Wasserstoff immer wichtiger. Auch die derzeitige weltpolitische Lage verdeutlicht noch einmal vehement die Relevanz von LNG für die sichere Energieversorgung von Haushalten und Industrie in Deutschland und Europa. Aufgrund der signifikant erhöhten Speichereffizienz bedingt durch niedrigere Volumina erfolgt der Transport und die Lagerung vornehmlich im kryogenen Zustand. Dies impliziert allerdings besondere Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe, da die Temperaturen im Bereich von -196°C und tiefer maßgeblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften ausüben. In den letzten Jahren wurde der kaltzähe martensitische Stahl vom Typ X8Ni9 für kryogene Anwendungen vermehrt verbaut. Dies ist auf die wesentlich höheren Festigkeitseigenschaften, welche z.T. auch bei der Bemessung verlangt werden und der resultierenden Masseersparnis im Vergleich zu kaltzähen hochnickellegierten Austeniten zurückzuführen. Neben der vergleichsweise geringen Festigkeit hochnickellegierter Austenite, machen die höheren Preise und die Anfälligkeit rohstoffmarktbasierter Preisschwankungen die Werkstoffe für den Einsatz mit hohem Materialbedarf wirtschaftlich unattraktiv. Durch die gesteigerten Anforderungen der Lagerung von flüssigem Wasserstoff an die Tieftemperaturzähigkeit geraten die herkömmlichen eingesetzten Tieftemperaturwerkstoffe an ihre Grenzen. Während sich Austenite durch gute Verarbeitungseigenschaften ausweisen, ergeben sich bei der schweißtechnischen Verarbeitung nickelhaltiger Martensite massive Probleme, die Qualität, Mechanisierungsgrad und Durchsatz negativ beeinflussen. Einen Lösungsansatz für den aufgezeigten Problemkreis aus Automatisierbarkeit, Materialkosten und notwendigen Eigenschaften, insbesondere hoher Festigkeit und Kaltzähigkeit, bietet die Nutzung neuartiger mittel- und hochmanganhaltiger austenitischer Stähle. Im Rahmen dieser Arbeit sollen konkret als erster Schritt mittelmanganhaltige Stähle als günstiges Substitut zu konventionellen nickellegierten Austeniten untersucht werden. Im Fokus steht die umfassende Nutzbarmachung für kryogene Anwendungen, sodass zuverlässige und genormte schweißtechnische Verarbeitungsanweisungen sowie Zulassungen für die schweißtechnische Verarbeitung austenitischer Manganstähle für die beschriebenen kryogenen Anwendungen in den notwendigen Dimensionen erreicht werden können. Für die Erzielung der geforderten mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung wird im Rahmen dieser Ausarbeitung der Einfluss einer Dotierung des Schutzgases mit Stickstoff betrachtet

On the performance of optical filters for the XMM focal plane CCD-camera EPIC

Optical filters have been developed for the X-ray astronomy project XMM (X-ray Multi Mirror Mission) [1] of ESA, where specific CCDs will serve as focal plane cameras on board the observatory. These detectors are sensitive from the X-ray to the NIR (near infrared) spectral region. For observations in X-ray astronomy an optical filter must be placed in front of the CCD, suppressing visible and UV (ultraviolet) radiation of stars by more than 6 orders of magnitude while being highly transparent at photon energies above 100 eV. The flight model filter is designed to have an effective area of 73 mm diameter without making use of a supporting grid. Efforts have been made to utilize plastic foils to tailor filters meeting these specific requirements. It was found, that a typical filter could be composed, e.g., of a polypropylene foil of 20 μg/cm2 thickness serving as a carrier, coated with metallic films of Al or Al and Sn of about 20–25 μg/cm2 thickness. Other possible carriers are polycarbonate (Lexan, Macrolon) and poly-para-xylylene (Parylene N) films of similar thicknesses. The preparation and characterization of these three types of carrier foils as well as of two sample filters is described, including mechanical tests as well as optical transmission measurements in the photon energy range from 1 eV to 2 keV