2015 Fiscal Year Research-status Report
針葉樹型カーボンナノ構造体を用いた超小型タイミングX線源による分光観測の革新
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15K13495
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
玉川 徹 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 准主任研究員 (20333312)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
加藤 英俊 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (60583747)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 宇宙物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、理化学研究所の持つ「マイクロパターン電子増幅フォイル(GEM)」製作技術と，産業技術総合研究所の「針葉樹型カーボンナノ構造体(CCNS)」製作技術を組み合わせ、ナノ秒で ON/OFF を制御できる超小型X線源を製作することを目指したものである。それにより、検出器の較正技術を革新し、X線マイクロカロリーメーターの究極の分光性能を実現することで、宇宙での高温プラズマの動きを、現状の一桁下の分解能で絶対測定できることを実証する。本年度は、X線発生装置を組み上げるために、産総研においてCCNSの成膜をおこない、電子源のサンプルを製作した。電子顕微鏡による観察で、電極を被せた際に問題になりそうな弱い構造が存在しないこと、成膜された構造のサイズが予想していた通りであることを確認した。理研においては、電場計算を基にしたGEMの設計と製作をおこなった。さらに、GEMとCCNSの両者を組み合わせ、理研で製作した真空チェンバーに封入することでX線発生装置を試作し、実際にX線が発生できることを確認した。X線発生に必要な印加電圧は約100Vであり、当初の想定通りであった。簡単なスイッチ回路を製作し、印加電圧の100Vを ON/OFF することにより、500ナノ秒程度でX線が ON/OFF できることも実証することができた。以上の開発成果を、2015年10月にイタリアで開催されたマイクロパターンガス検出器の国際会議で報告し、会議サマリの中で、優れた研究であると指摘されるなど国際的に高い評価を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた通り、針葉樹型カーボンナノ構造体の製作、ガス電子増幅フォイルの製作いずれも問題なく実施することができた。また、それらを組み合わせてX線発生装置を製作することも、当初の予定通り進めることができた。高電圧を印加することで、X線を発生させることに既に成功しており、研究スケジュールには何ら遅延は無い。電圧を印加する際に、一部で放電等が見られたが、想定内のトラブルであり対策を実施済みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
予定通りX線発生装置を製作することができたので、今後は 1) 試作に基づくデザインの最適化と再評価、2) マイクロカロリーメーターの実機を用いた検出器較正能力の評価・実証試験を実施する。これまでの評価試験より、電子源となるCCNSの成膜形状や、電子の引き出し電極の形状等、最適なデザインが見えてきた。特に気にしているのは、GEMの壁面への電子のチャージアップである。これを解決するには、GEMの穴の電場構造を最適化する必要がある。電場シミュレーション調査では、電気力線はほぼまっすぐにGEMの外に伸びるので、チャージアップの影響は少ないと予想できるが、実機によりそれらを最適化することで、2台目の試作機を製作する。また、首都大学東京の宇宙物理実験グループと協力して、超伝導遷移端検出器(TES)と組み合わせることで、温度の時間変動を常時較正しつつ、究極の分光性能を出す評価試験を実施する。
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| Causes of Carryover |
ガス電子増幅フォイルの製作が比較的うまくいったため、本年度の所要金額が予定したものよりも少なくてすんだ。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度はガス電子増幅フォイルデザインの最適化を実施する予定なので、次年度使用額を含めて開発費用として充当する。
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