Ultra-Precise X-ray Imaging based on Nano Manufacturing and Measurement Technology for Revealing Dynamics of the Solar Corona

• Project/Area Number: 26247031
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: Sakao Taro 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (00225781)
• Research Collaborator: SUEMATSU Yoshinori ; YAMAUCHI Kazuto ; MATSUYAMA Satoshi ; NARUKAGE Noriyuki
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥38,090,000 (Direct Cost: ¥29,300,000、Indirect Cost: ¥8,790,000); Fiscal Year 2017: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2016: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2015: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2014: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
• Keywords: 太陽物理学 / X線結像光学 / ナノ加工 / ナノ計測 / スペースオプティックス / 宇宙科学 / 量子ビーム

Outline of Final Research Achievements

X-ray imagery of the Sun’s corona with sub-arcsecond spatial resolution is a key to understand dynamics of coronal plasmas. This research was conducted to realize high-precision grazing-incidence X-ray mirrors (Wolter mirrors). The research was designed to repeat the following steps: (1) Determine target improvement (amount of reduction) of figure error amplitudes of the mirror for each spatial scale; (2) Identify and devise approaches for mirror polishing and measurement; (3) Fabricate an engineering mirror; and (4) Evaluate its X-ray imaging performance utilizing highly-parallel X-ray beam of SPring-8 synchrotron facility. We succeeded in fabricating a precision Wolter mirror whose spatial resolution reaching down to the diffraction limit (~0.1 arcsec) with 8 keV X-rays. This implies that we have established methodology as well as technology necessary to realize Wolter mirrors with sub-arcsecond resolution.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

天体のX線撮像観測に用いられる斜入射ミラーは、波長の短いX線を精密に結像させるため、製作にナノレベルの加工精度と計測精度が必要である。米国のメーカーが撤退して以降、世界中で作れなくなっていた高精度斜入射ミラーを国産で開発することをめざして研究を進め、空間分解能が回折限界に到達する極めて高精度のミラーを実現することに成功した。研究を通じてミラーの加工と計測の方法論および技術基盤を国内に蓄積した。

Research Products

• [Journal Article] 将来太陽観測に向けた高精度斜入射X線ミラーの開発研究 (2018)
  • Author(s): 坂尾太郎, 松山智至, 後藤拓実, 山田純平, 安田周平, 山内和人, 香村芳樹, 木目歩美, 末松芳法, 成影典之, 石川真之介
  • Journal Title: 第18回宇宙科学シンポジウム 講演集 Volume: －
  • Open Access
• [Journal Article] Development of precision Wolter mirrors for solar x-ray observations (2017)
  • Author(s): T. Sakao*, S. Matsuyama, T. Goto, J. Yamada, S. Yasuda, K. Yamauchi, Y. Kohmura, A. Kime, A. Miyake, T. Maezawa, H. Hashizume, Y. Suematsu, N. Narukage, and S. Ishikawa
  • Journal Title: Proceedings of SPIE Volume: 10386 Pages: 11-11
  • DOI: 10.1117/12.2273507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 太陽観測に向けたサブ秒角Wolterミラーの開発研究 (2017)
  • Author(s): 坂尾太郎, 松山智至, 後藤拓実, 山田純平, 安田周平, 山内和人, 香村芳樹, 木目歩美, 末松芳法, 成影典之
  • Journal Title: 第17回宇宙科学シンポジウム講演集 Volume: ー
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of precision Wolter mirrors for future solar x-ray observations (2015)
  • Author(s): Sakao, T., Matsuyama, S., Kime, A., Goto, T., Nishihara, A., Nakamori, H., Yamauchi, K., Kohmura, Y., Miyake, A., Hashizume, H., Maezawa, T., Suematsu, Y., and Narukage, N.
  • Journal Title: Proc. SPIE Volume: 9603 Pages: 96030U-96030U
  • DOI: 10.1117/12.2188905
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The soft x-ray photon-counting telescope for solar observations (2014)
  • Author(s): Sakao, T., Narukage, N., Suematsu, Y., Watanabe, K., Shimojo, M., Imada, S., Ishikawa, S., and DeLuca, E. E.
  • Journal Title: Proc. SPIE Volume: 9144 Pages: 91443D-91443D
  • DOI: 10.1117/12.2055925
  • Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 将来太陽観測に向けた高精度Wolterミラーの研究 (2019)
  • Author(s): 坂尾太郎, 松山智至, 山田純平, 井上陽登, 萩原拓, 山内和人, 香村芳樹, 末松芳法, 成影典之, 石川真之介
  • Organizer: 第19回宇宙科学シンポジウム
• [Presentation] 太陽X線観測に向けた高精度斜入射ミラー開発研究の状況 (2) (2019)
  • Author(s): 坂尾太郎, 松山智至, 山田純平, 井上陽登, 萩原拓, 山内和人, 香村芳樹, 末松芳法, 成影典之, 石川真之介
  • Organizer: 日本天文学会2019年春季年会
• [Presentation] 将来太陽観測に向けた高精度斜入射X線ミラーの開発研究 (2018)
  • Author(s): 坂尾太郎, 松山智至, 後藤拓実, 山田純平, 安田周平, 山内和人, 香村芳樹, 木目歩美, 末松芳法, 成影典之, 石川真之介
  • Organizer: 第18回宇宙科学シンポジウム
• [Presentation] Precision Wolter mirrors for future x-ray observations of the Sun (2018)
  • Author(s): Sakao, T., Matsuyama, S., Goto, T., Yamada, J., Inoue, T., Hata, K., Yamaguchi, H., Yamauchi, K., Kohmura, Y., Kime, A., Miyake, A., Miyazawa, T., Hashizume, H., Suematsu, Y., Narukage, N., and Ishikawa, S.
  • Organizer: SPIE Optics + Photonics, Conference 10760
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 太陽X線観測に向けた高精度斜入射ミラー開発研究の状況 (2018)
  • Author(s): 坂尾太郎, 松山智至, 山田純平, 井上陽登, 波多健太郎, 山口浩之, 萩原拓, 山内和人, 香村芳樹, 末松芳法, 成影典之, 石川真之介
  • Organizer: 日本天文学会2018年秋季年会
• [Presentation] 太陽観測に向けたサブ秒角Wolterミラーの開発研究 (2017)
  • Author(s): 坂尾太郎, 松山智至, 後藤拓実, 山田純平, 安田周平, 山内和人, 香村芳樹, 木目歩美, 末松芳法, 成影典之
  • Organizer: 第17回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2017-01-05
• [Presentation] Development of Precision Sub-Arcsecond-Resolution Wolter Mirrors for Future X-ray Observations of the Sun (2017)
  • Author(s): Sakao, T., Matsuyama, S., Goto, T., Yamada, J., Yasuda, S., Yamauchi, K., Kohmura, Y., Kime, A., Suematsu, Y., Miyake, A., Maezawa, T., and Hashizume, H.
  • Organizer: International Conference on X-ray Optics and Applications 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of precision Wolter mirrors for solar x-ray observations (2017)
  • Author(s): Sakao, T., Matsuyama, S., Goto, T., Yamada, J., Yasuda, S., Yamauchi, K., Kohmura, Y., Kime, A., Miyake, A., Maezawa, T., Hashizume, H., Suematsu, Y., Narukage, N., and Ishikawa, S.
  • Organizer: SPIE Optics + Photonics, Conference 10386
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 太陽X線観測用超高精度Wolterミラーの研究進捗 (2017)
  • Author(s): 坂尾太郎, 松山智至, 後藤拓実, 山田純平, 安田周平, 山内和人, 香村芳樹, 末松芳法, 成影典之
  • Organizer: 日本天文学会2017年春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学
• [Presentation] 小型衛星に向けた光子計測型軟Ｘ線望遠鏡の検討 (2017)
  • Author(s): 坂尾太郎, 成影典之, 石川真之介, 川手朋子, 今田晋亮, 下条圭美
  • Organizer: 太陽研連シンポジウム「太陽系科学の中での太陽研究の将来展望」
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Invited
• [Presentation] 太陽Ｘ線観測用超高精度Wolterミラーの研究開発 (2016)
  • Author(s): 坂尾太郎、松山智至、後藤拓実、西原明彦、中森紘基、山内和人、木目歩美、香村芳樹、末松芳法、成影典之
  • Organizer: 日本天文学会2016年春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] 光子計測型(フォトンカウンティング)太陽Ｘ線撮像望遠鏡の概要と開発状況 (2016)
  • Author(s): 成影典之、坂尾太郎、石川真之介
  • Organizer: 太陽研究者連絡会シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立天文台・三鷹
  • Year and Date: 2016-02-15
• [Presentation] 太陽観測に向けた高精度サブ秒角Wolterミラーの開発研究 (2016)
  • Author(s): 坂尾太郎、松山智至、後藤拓実、西原明彦、中森紘基、山内和人、木目歩美、香村芳樹、三宅明、橋爪寛和、前沢忠和、末松芳法、成影典之
  • Organizer: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2016-01-06
• [Presentation] Progress in precision Wolter mirrors for soft x-ray observations of the sun (2016)
  • Author(s): Sakao, T., Matsuyama, S., Goto, T., Yamauchi, K., Kohmura, Y., Miyake, A., Maezawa, T., Hashizume, H., Suematsu, Y., Narukage, N., and Ishikawa, S.
  • Organizer: SPIE Optics + Photonics, Conference 9963
  • Place of Presentation: San Diego, U.S.A.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Novel shape measurement method for imaging mirrors using an x-ray grating interferometer (2016)
  • Author(s): Matsuyama, S., Kime, A., Sakao, T., Suematsu, Y., Kohmura, Y., Yabashi, M., Ishikawa, T., and Yamauchi, K.
  • Organizer: SPIE Optics + Photonics, Conference 9962
  • Place of Presentation: San Diego, U.S.A.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光子計測型軟Ｘ線望遠鏡 ー サイエンスとミッション構想 (Photon Counting Soft X-ray Telescope - Science and Mission Concept) (2016)
  • Author(s): 坂尾太郎
  • Organizer: シンポジウム「スペース太陽研究の到達点と将来像」
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Invited
• [Presentation] Development of Precision Wolter Mirrors for Future Observations of the X-ray Sun (2015)
  • Author(s): Sakao, T.
  • Organizer: 8th International Workshop on Astronomical X-ray Optics
  • Place of Presentation: Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2015-12-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Soft X-ray Photon-Counting Spectroscopic Imager (2015)
  • Author(s): Sakao, T.
  • Organizer: 14th RHESSI Workshop
  • Place of Presentation: New Jersey Institute of Technology, New Jersey, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-08-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 2回反射型X線ミラーのためのX線スローププロファイラの開発 (2015)
  • Author(s): 松山智至、木目歩美、後藤拓実、西原明彦、香村芳樹、石川哲也、坂尾太郎、山内和人
  • Organizer: 精密工学会2015年春季大会
  • Place of Presentation: 東洋大学
  • Year and Date: 2015-03-17 – 2015-03-19
• [Presentation] 太陽観測に向けた高精度サブ秒角Wolterミラーの開発検討 (2015)
  • Author(s): 坂尾太郎、松山智至、木目歩美、後藤拓実、西原明彦、山内和人、末松芳法、成影典之
  • Organizer: 第15回宇宙科学シンポジウム
  • Place of Presentation: JAXA宇宙科学研究所
  • Year and Date: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [Presentation] 将来スペース太陽観測に向けた超高精度Wolterミラーの開発 (2014)
  • Author(s): 坂尾太郎、松山智至、木目歩美、山内和人、末松芳法、成影典之
  • Organizer: 日本天文学会2014年秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13