2016 Fiscal Year Annual Research Report
半導体コンプトンカメラの革新によるラインガンマ線天文学の開拓
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16H02170
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
高橋 忠幸 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, 教授 (50183851)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 伸 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, 助教 (60446599)
武田 伸一郎 沖縄科学技術大学院大学, 最先端医療機器開発ユニット, 研究員 (80553718)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ガンマ線検出器 / コンプトンカメラ / エレクトロントラッキング / ガンマ線天文学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子飛跡の追跡が可能で高速な半導体素子を用いて,究極の半導体コンプトンカメラを実現し，感度のギャップに埋もれて進展が妨げられている数100keVから数MeVの領域でのガンマ線に革新をもたらすことを目的とした研究を進めている。数100keVから数MeVの領域は，ブラックホールなどからの熱的放射の高エネルギー 端を含むばかりではなく,電子陽電子消滅線，さらには,低エネルギー宇宙線加速の直接的プローブである炭素 や酸素からの核ガンマ線を検出する上で極めて重要である。本年度の研究では，我々が独自に開発を進めてきた，高い角度分解能とエネルギー分解能をあわせもつSi/CdTeコンプトンカメラの性能向上をはかるために，広がった放射線源や，強度が異なる複数の線源を組み合わせたものを用い，応答特性やコンプトン再構成のアルゴリズムの研究を行った。また，新開発のストリップ電極を片面に，ピクセル電極をもう一方の面につけた，電子飛跡の追跡が可能なCMOSーDSDハイブリッドSi検出器の試験をおこなった。新たに大容量のデータを高速に読み出す回路モジュール（ZDAQ)の設計，試作をおこなった。電子飛跡の追跡が可能なデータを取得し，その再構成アルゴリズムの開発に成功した。活動銀河核，ブラックホール連星，超新星残骸など，ガンマ線天文学において対象となる天体の研究を進め，流体計算やモンテカルロシミュレーションによる放射機構の研究など，理論的，観測的研究を実施した。
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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
電子トラッキングのSiデバイスの動作，電子飛跡の取得とその再構成に成功した。Si/CdTeコンプトンカメラとして動作させるのに必須である，高速で大量のデータを収集し，吸収部の検出器と電子トラックのデータを合致させるための，プリセレクションを行うためのハードウェアの概念を，FPGA，CPU，高速読み出しバッファなどを元に，確立することができた。今後，電子飛跡を用いた半導体コンプトンカメラの研究を進める上で必要なセットアップをそろえることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
試作した電子飛跡型Siセンサーの試験を継続する。CdTeイメージング素子とくみあわせて,電子トラッキングによるコンプトン再構成の実験を行う。厚型CdTe両面ストリップ検出器や,60ミクロンピッチの高精度CdTe両面ストリップ検出器の開発を進める。広がった形状をもつ較正用線源などの様々な形状や配置の線源を用い，コンプトンカメラによる画像構成のアルゴリズムの研究を発展させる。高速でデータを取得するための，Zynqチップを用いたデータ収集装置のFPGAコード，ソフトウェアの開発を行いシステム構築をはかる。すざく，チャンドラのほか，FermiやH.E.S.Sなどの多波長観測でのデータ解析を行ない，超新星残骸や中性子星，ブラックホールによる粒子加速の理論的，観測的研究，計算コードの開発を行う。将来の小型衛星や国際大型衛星をもちい，宇宙における加速原理を探求できるような新しい高エネルギーミッションを検討する。
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[Journal Article] Fine-pitch CdTe detector for hard X-ray imaging and spectroscopy of the Sun with the FOXSI rocket experiment2016
Author(s)
S. Ishikawa, M. Katsuragawa, S. Watanabe, Y. Uchida, S. Takeda, T. Takahashi, S. Saito, L. Glesener, J.C. Buitrago-Casas, S. Krucker, S. Christe
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Journal Title
Journal of Geophysical Research (Space Physics)
Volume: 121
Pages: 6009-6016
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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