2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of novel X-ray detector to understand cosmic reionization by surveying distant AGNs
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20KK0071
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| Research Institution | Kanto Gakuin University |
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Principal Investigator |
中嶋 大 関東学院大学, 理工学部, 准教授 (70570670)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野田 博文 大阪大学, 理学研究科, 助教 (50725900)
信川 久実子 近畿大学, 理工学部, 講師 (60815687)
松本 浩典 大阪大学, 理学研究科, 教授 (90311365)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| Keywords | X線天文学 / AGN / DepFET |
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| Outline of Annual Research Achievements |
日独の共同研究により、将来の大有効面積X線望遠鏡の焦点面検出器として、高速低雑音X線撮像分光検出器を開発することが本研究の最終目的である。そのために、独マックスプランク地球外物理学研究所(MPE)の研究者が中心となりアクティブピクセルセンサDepFETを用いたフロントエンド部分を開発し、並行して我々がDepFET用電源回路および駆動回路を開発する。
2021年度は、特にDepFETの信号処理を行うフロントエンドASICに供給するアナログ電圧生成回路を開発した。1.7Vから2.2Vまでの範囲で精密に供給電圧を制御し、マイコンを用いたシリアル通信により計算機からコマンドを送信すると、それに応じて電圧を変化させることができる仕様である。また出力電圧は house keeping 情報としてモニタ可能としている。このブレッドボード回路を２枚制作し、初期動作試験を行っている。
上記と同時に、DepFET自体に与える印加電圧生成回路の設計を行っている。こちらは正負両側電圧を精密に制御するため、レギュレータを用いた回路を製作予定であり、部品選定までを完了した。
さらにDepFETと同じシリコン固体検出器に分類されるCMOSセンサを用いてこの回路の動作検証を行うため、CMOSセンサ冷却用ペルチェシステムを導入した。真空槽内での動作確認が完了し、従来のCMOS評価基板システムを用いた場合と遜色ない雑音レベルを得た。このシステムにはX線発生装置を接続し、二次ターゲットを差し替えることで様々な特性X線を照射しセンサの応答を評価できるようにしている。今後、このシステムを用いてセンサの応答関数構築試験を進める予定である。
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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
昨年度に引き続き、日本国内での衛星搭載機器開発という点では、ブレッドボード回路が一部完成して動作確認を進めている段階まで到達した。これらの基板を用いることでフロントエンドASIC8個全てへの電圧供給が可能になる。残り部分の回路製作も順調に進むものと見込まれる。特にDepFETセンサ部分の回路の主要部品の選定も完了したため、現在から長納期部品の調達を進めることで、遅滞なく開発が進む予定である。
一方で、ドイツMPE側の実験室やDepFETの開発現場を見学することは依然としてかなっておらず、オンラインでは得られない開発ノウハウの共有が進んでいないのが実情である。今後、お互いの機関での開発が完了するよりも前に渡航を実現させ、必要以上の開発やり直しが生じないようにする必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回製作したブレッドボード基板についてはその性能評価を完了させる。現在学部生を中心にマイクロコンピュータのプログラミングを行っており、2枚の基板を意図通りに制御出来ることを確認する。完了後、基板をMPEに輸送して現地でDepFETセンサと接続してX線の撮像分光性能を評価する。それと並行して、専用IC以外に対する電源回路および駆動回路の製作を進める。
またCMOSセンサのペルチェシステムについては、冷却水循環装置を導入し、センサ温度を－40℃以下にまで冷却可能とする。軌道上での放射線損傷を模擬して陽子線を照射したセンサに対して、その暗電流温度依存性を評価し、軌道上での動作温度を決定する。また冷却時の観測可能なX線エネルギー下限値、および軟X線に対する応答関数を評価する。
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| Causes of Carryover |
開発したDepFET用電源電圧生成回路の日独共同評価試験について、対面での実施が出来ず、試験準備関連の物品購入などが進んでいない。来年度以降に行うこととしたため、年度使用額が発生した。
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