论文和技术资料

宽波段 X 射线望远镜（Wide band X-ray Polarization and imaging Telescope, WXPT）是新一代空间卫星探测项目，其科学目标是通过宽波段X射线观测，揭示黑洞，中子星等致密天体的高能辐射机制和宇宙中的极端物理过程。其预计装配多种类探测器组合探测至 500keV能段，其科学目标是通过宽波段X射线观测，揭示致密天体的高能辐射机制和宇宙中的极端物理过程。超导边沿转变探测器（Transition edge sensor,TES）因其极为优异的能量分辨性能，成为WXTP项目在3-60keV能段探测的有力竞争者。采用有限元方法对器件进行仿真预测是目前设计TES的常见方法之一。 作者使用COMSOL构建了用于 AlMn–TES 的电—热耦合建模流程：利用插值函数，定义分段曲面函数二流体 R(I,T) 用以描述AlMn超导薄膜转变；利用固体传热模块定义声子扩散模型并使用PDE接口自主定义声子弹道输运模型，利用两极限的“包络近似”预测TES器件的传热行为；使用AC/DC功能建立负反馈电路模型；并使用状态变量功能，实现I,T双变量的循环调用以开展计算。在 Tb≈100 mK 处，通过 I–V、Psat–Tb 以及 Fe-55（5.9 keV）脉冲的实验结果与有限元计算进行对比，据此验证并建立X-ray TES 的电热反馈模型。进一步，面向 WXTP 对大尺寸厚吸收体的需求，我们沿对角线/轴线稀疏取样构建反馈电流响应曲面，并以均匀采样评估位置依赖展宽。 结果表明：在总热容约 5 pJ/K 的约束下，当吸收体边长 ≲1062 μm、支撑柱宽度 ≤10 μm 时，位置依赖引起的能量展宽 ≤6 eV@59.5 keV（约 0.1‰）。该流程在TES器件设计中具有可靠的预测能力，并为 WXTP 焦平面的大尺寸像元几何取舍与阵列工程提供可操作的设计准则。