Development of high-speed low-noise analog ASIC for high-sensitive cosmic X-ray observation

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H03641
• Research Institution: Kanto Gakuin University
• Principal Investigator: 中嶋 大 関東学院大学, 理工学部, 准教授 (70570670)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: X線天文学 / X線CCD / ASIC

Outline of Annual Research Achievements

本研究で開発する超小型X線CCDカメラのセンサ部分は浜松ホトニクス社と共同開発を行っている。これまで社内で生産されたX線CCDセンサは、その分光性能や可視光遮断性能について、納入後大学で評価する必要があった。そのため、「ひとみ」衛星搭載CCDカメラで問題になった、センサ一部領域での電荷転送効率低下は、納入後でないと検知できなかった。今回我々は効率よく性能の良いセンサを選別するため、浜松ホトニクス社内にCCDを冷却して各種性能を評価できるシステムを構築した。これにより、上述のような性能に一部問題があるセンサを納入前に識別することが可能になる。CCDはパルスチューブ冷凍機によって－110℃まで冷却される。Be窓越しに55FeからのX線を照射する。やはり「ひとみ」で問題になった、センサ入射面の可視光遮断層のピンホールについても、可視光 LED を用いることで評価可能にした。
CCDの分光性能評価と並行して、CCD信号処理用フロントエンドASIC の単体電気性能の評価試験を実施した。このASICは宇宙用カスタムパッケージを施したものであるが、製造後温湿度管理のない状態で保管されていた経緯があり、本研究の目指す超小型衛星に搭載可能かどうかを判断するため、以下の4つの試験を行うこととした。すなわち、①外観検査 : 腐食の有無、メッキ剥がれ等について、試験対象品のパッケージングを行ったメーカにて検査を行う。②電気特性試験 : ASICの機能・性能に劣化がないかを、大学実験室で行う。③温度試験：ASIC機能および性能の温度依存性について大学実験室で較正試験する。④気密性試験 : パッケージングを行ったメーカにて検査を行う。これらを完遂し、ASICが衛星搭載可能であることを実証した。

Research Progress Status

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Universal detection of high-temperature emission in X-ray isolated neutron stars (2019)
  • Author(s): Tomokage Yoneyama, Kiyoshi Hayashida, Hiroshi Nakajima, Hironori Matsumoto
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Pages: 17
  • DOI: https://doi.org/10.1093/pasj/psy135
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Soft X-ray Imager (SXI) aboard Hitomi (ASTRO-H) (2018)
  • Author(s): Takaaki Tanaka, Hiroyuki Uchida, Hiroshi Nakajima, Hiroshi Tsunemi, Kiyoshi Hayashida, et al.
  • Journal Title: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems Volume: 4 Pages: 11211
  • DOI: https://doi.org/10.1117/1.JATIS.4.1.011211
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In-orbit performance of the soft X-ray imaging system aboard Hitomi (ASTRO-H) (2018)
  • Author(s): H. Nakajima, Y. Maeda, H. Uchida, T. Tanaka, H. Tsunemi, K. Hayashida, et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 70 Pages: 21
  • DOI: https://doi.org/10.1093/pasj/psx116
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of focal plane x-ray detector aboard a microsatellite for monitoring supermassive blackholes (2018)
  • Author(s): Hiroshi Nakajima, Satomi Onishi, Jun-ichi Iwagaki, Junko S. Hiraga, John P. Doty, Hirokazu Ikeda, Yuichiro Ezoe, Naoki Isobe, Hironori Sahara
  • Journal Title: Proceedings of SPIE Volume: 10699 Pages: 1069963
  • DOI: https://doi.org/10.1117/12.2311990
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ultralightweight x-ray telescope missions: ORBIS and GEO-X (2018)
  • Author(s): Yuichiro Ezoe, Yoshizumi Miyoshi, Satoshi Kasahara, Tomoki Kimura, Kumi Ishikawa, Masaki Fujimoto, Kazuhisa Mitsuda, Hironori Sahara, Naoki Isobe, Hiroshi Nakajima, Takaya Ohashi, Harunori Nagata, Ryu Funase, Munetaka Ueno, Graziella Branduardi-Raymont
  • Journal Title: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems Volume: 4 Pages: 46001
  • DOI: https://doi.org/10.1117/1.JATIS.4.4.046001
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of focal plane x-ray detector aboard a microsatellite for monitoring supermassive blackholes (2018)
  • Author(s): Hiroshi Nakajima, Satomi Onishi, Jun-ichi Iwagaki, Junko S. Hiraga, John P. Doty, Hirokazu Ikeda, Yuichiro Ezoe, Naoki Isobe, Hironori Sahara
  • Organizer: SPIE Space Telescopes and Instrumentation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ultralightweight x-ray telescope missions: ORBIS and GEO-X (2018)
  • Author(s): Yuichiro Ezoe, Yoshizumi Miyoshi, Satoshi Kasahara, Tomoki Kimura, Kumi Ishikawa, Masaki Fujimoto, Kazuhisa Mitsuda, Hironori Sahara, Naoki Isobe, Hiroshi Nakajima, Takaya Ohashi, Harunori Nagata, Ryu Funase, Munetaka Ueno, Graziella Branduardi-Raymont
  • Organizer: SPIE Space Telescopes and Instrumentation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The spectral response of X-ray CCDs in the energy band around Si-K edge: a solution to the Si-K edge problem for the XIS onboard Suzaku (2018)
  • Author(s): Koki Okazaki, Kiyoshi Hayashida, Hiroshi Nakajima, Riku Shomura, Tomokage Yoneyama, Hironori Matsumoto,Hiroshi Tsunemi, Koji Mori, Masahiro Tsujimoto, Yoshitomo Maeda, Ken Ebisawa
  • Organizer: SPIE Space Telescopes and Instrumentation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Sub-arcsecond imaging with multi-image x-ray interferometer module (MIXIM) for very small satellite (2018)
  • Author(s): Kiyoshi Hayashida, Tomoki Kawabata, Takashi Hanasaka, Kazunori Asakura, Tomokage Yoneyama, Koki Okazaki,Shuntaro Ide, Hironori Matsumoto, Hiroshi Nakajima, Hisamitsu Awaki, Hiroshi Tsunemi
  • Organizer: SPIE Space Telescopes and Instrumentation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Soft x-ray imaging telescope (Xtend) onboard X-ray Astronomy Recovery Mission (XARM) (2018)
  • Author(s): Kiyoshi Hayashida, Hiroshi Tomida, Koji Mori, Hiroshi Nakajima, Takaaki Tanaka, Hiroyuki Uchida, et al.
  • Organizer: SPIE Space Telescopes and Instrumentation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Radiation Hardness of a P-Channel Notch CCD Developed for the X-ray CCD Camera onboard the XRISM Satellite (2018)
  • Author(s): Y. Kanemaru, J. Sato, K. Mori, H. Nakajima, et al.
  • Organizer: International Workshop on Semiconductor Pixel Detectors for Particles and Imaging (PIXEL2018)
  • Int'l Joint Research