Revealing Particle Acceleration Mechanisms by Magnetic Energy Release with Advanced Hard X-ray Solar Imaging Spectroscopy

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22KJ0873
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 長澤 俊作 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Keywords: CdTe半導体素子 / 半導体検出器 / 太陽フレア / FOXSI / ミューオン / はやぶさ2

Outline of Annual Research Achievements

国際共同太陽観測ロケット実験FOXSIの4回目の打ち上げ、FOXSI-4に向け新型CdTe-DSD検出器: Wide-gap CdTe-DSDを開発、打ち上げに向け統合試験と組み込み作業を行った。昨年度では、ギャップによる波高値の減少を考慮したエネルギー再構成方法と、隣接ストリップ間における電荷分割現象を考慮したサブストリップレベルでの位置再構成方法を構築することで、0.9 keVのエネルギー分解能(FWHM)と~20 umの空間分解能が実現できることを示し、 FOXSI-4の要求性能が満たすことを確かめた。今年度では、ミネソタ大学に滞在し、FOXSI-4で観測対象となるフレアの高い計数率に対応すべく、物理計測用FPGAボードと通信規格SpaceWireを組み合わせた高速データ取得システムを現地のエンジニアと密に議論しながら構築、無事4台の検出器の動作制御・データ取得に成功した。また、カリフォルニア大学バークレー校に滞在し統合試験、さらにアラスカで打ち上げにむけ最終試験を行った。並行して、超小型衛星MinXSSの太陽観測データの解析を推し進めた。昨年度は、硬X線観測衛星RHESSIを組み合わせた広X線帯域スペクトル解析を初めて実現し熱的放射の多温度構造の時間発展追跡に成功した。今年度は非熱的放射のべきの時間発展と、元となる加速電子の分布・輸送機構との関連性を探るため、2ゾーンモデルによるフォッカープランク方程式の数値計算を実装、様々な電子加速過程や、エネルギー損失・逃走過程を組み込み実験データとの比較・検証を行った。その結果、非熱的成分のスペクトルべきとフラックスの関係が、同じフラックスでも増光段階の方が減少段階よりもべ きはハードになる“時計回り”上に時間発展していること、及びその挙動を説明するには、入射加速電子のべきとフラックス両方が変化する必要があることを示した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミネソタ大学/カリフォルニア大学バークレー 校(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ミネソタ大学/カリフォルニア大学バークレー 校
• [Journal Article] 2-mm-thick large-area CdTe double-sided strip detectors for high-resolution spectroscopic imaging of X-ray and gamma-ray with depth-of-interaction sensing (2024)
  • Author(s): Minami Takahiro、Katsuragawa Miho、Nagasawa Shunsaku、Takeda Shin’ichiro、Watanabe Shin、Tsuzuki Yutaka、Takahashi Tadayuki
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 1059 Pages: 169024～169024
  • DOI: 10.1016/j.nima.2023.169024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantification of bulk elemental composition for C‐type asteroid Ryugu samples with nondestructive elemental analysis using muon beam (2024)
  • Author(s): Ninomiya Kazuhiko、Osawa Takahito、Terada Kentaro、Wada Taiga、Nagasawa Shunsaku、Chiu I‐Haun、Nakamura Tomoki、Takahashi Tadayuki、Miyake Yasuhiro、et al.
  • Journal Title: Meteoritics&Planetary Science Volume: - Pages: 1-14
  • DOI: 10.1111/maps.14135
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 太陽フレア粒子加速研究のための革新的硬X線撮像分光検出器の開発 (2024)
  • Author(s): 長澤俊作
  • Organizer: 第23回高宇連研究会 (高宇連博士論文発表会・研究会)
• [Presentation] 太陽フレア粒子加速研究のための革新的硬X線撮像分光検出器の開発 (2024)
  • Author(s): 長澤俊作
  • Organizer: 2024年度CURIE生研究発表会
• [Presentation] 月周回探査機搭載用エネルギースペクトロメータ Lunar-RICheS の DSSD 位置検出器開発 (2024)
  • Author(s): 藤澤海斗,幸村孝由,内田悠介,佐藤丞,富山一貴,永松愛子,玉川徹,中村吏一朗,内山慶祐,大田尚享,武田朋志,高橋忠幸,武田伸一郎,長澤俊作,萩野浩一
  • Organizer: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] ペレトロン加速器からの陽子線マイクロビームを使ったTimePix3読み出しチップ搭載型Siピクセル検出器の陽子イオン検出性能の評価 (2024)
  • Author(s): 伊藤尚輝,外山裕一,東俊行,池田時浩,長澤俊作,岡田信二,高橋忠幸,高峰愛子,上野秀樹
  • Organizer: 日本物理学会2024年春季大会
• [Presentation] 日米共同・太陽フレアX線集光撮像分光観測ロケット実験FOXSI-4の準備状況 (2024年春) (2024)
  • Author(s): 成影典之,三石郁之,渡辺伸,坂尾太郎,高橋忠幸,長澤俊作,南喬博,佐藤慶暉,清水里香,加島颯太,作田皓基,安福千貴,藤井隆登,吉田有佑,馬場萌花,須崎理恵,草野完也,金子岳史,高棹 真介,Glesener Lindsay,他FOXSI-4 チーム
  • Organizer: 日本天文学会2024年春季年会
• [Presentation] 太陽フレアにおけるX線分光観測解析 -非熱的放射の時間変動とTwo-zone Fokker-Planckモデル計算- (2024)
  • Author(s): 長澤俊作
  • Organizer: X線集光撮像分光観測で挑む太陽フレア高エネルギー現象の理解
• [Presentation] Developing Innovative Hard X-ray Spectral Imager for Studies of Particle Acceleration in Solar Flare (2024)
  • Author(s): S.Nagasawa,T.Minami,S.Watanabe,T.Takahashi
  • Organizer: International Symposium on Quantum Electronics 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Soft X-ray High-Speed CMOS Camera System for the Solar Flare X-ray Imaging Spectroscopy aboard Sounding Rocket Experiment FOXSI-4 (2023)
  • Author(s): R.Shimizu,N.Narukage,T.Sakao,Y.Sato,S.Kashima,Athanasios Pantazides,F.Hodoshima,T.Koseki,T.Takahashi,S.Nagasawa,FOXSI team
  • Organizer: Hinode-16/IRIS-13 meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of DSSD position detector for the energy spectrometer of RICheS for lunar orbiter onboard (2023)
  • Author(s): K.Fujisawa, T.Kohmura, Y.Uchida, A.Nagamatsu, T.Tamagawa, R.Nakamura, K.Uchiyama, N.Ota, T.Takeda, T.Takahashi, S.Takeda, S.Nagasawa, K.Hagino
  • Organizer: The 5th Workshop on Quantum Beam Imaging (QBI2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Performance Evaluation of a Hybrid Pixel Semiconductor Detector with TimePix3 for charge particles (2023)
  • Author(s): N.Itoh, T.Kohmura, Y.Shimizu, K.Fujisawa, T.Takahashi, S.Nagasawa, H.Yoneda, K.Nakazawa, K.Okuma
  • Organizer: The 5th Workshop on Quantum Beam Imaging (QBI2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TimePix3を搭載したハイブリッドピクセル半導体検出器の高エネルギー重イオンに対する応答評価 (2023)
  • Author(s): 伊藤尚輝,幸村孝由,清水康行,藤澤海斗,高橋忠幸,長澤俊作,米田浩基,中澤知洋,大熊佳吾
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 無機シンチレータNaI(Tl)とCsI(Tl)の重イオンに対する応答評価 (2023)
  • Author(s): 清水康行,高橋忠幸,長澤俊作,米田浩基,中澤知洋,大熊佳吾 John,Tomsick,Andreas Zoglauer:Juan Carlos Martinez Oliveros,Hannah Gulick,伊藤尚輝,幸村孝由
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 太陽フレアX線集光撮像分光観測ロケット実験 FOXSI-4 に搭載する軟X線検出器評価とカメラ開発 (2023)
  • Author(s): 清水里香,成影典之,坂尾太郎,佐藤慶暉,加島颯太,程島文夫,小関達也,高橋忠幸,長澤俊作,他FOXSI チーム
  • Organizer: 日本天文学会2023年秋季年会
• [Presentation] CMOSイメージセンサを用いた硬X線撮像偏光計の開発 VI (2023)
  • Author(s): 岩田季也,萩野浩一,新井翔大,高嶋聡,南喬博,市橋正裕,馬場彩,加藤辰明,松橋裕洋,高橋忠幸,長澤俊作,小高裕和,丹波翼,渡辺伸,成影典之
  • Organizer: 日本天文学会2023年秋季年会
• [Presentation] 太陽観測ロケット実験FOXSI-4: 物理計測用FPGAボードと通信規格SpaceWireを用いたデータ取得システムの構築 (2023)
  • Author(s): 長澤俊作,高橋忠幸,渡辺伸,Lindsay Glesener,Athanasios Pantazides,FOXSI-4チーム
  • Organizer: 日本天文学会2023年秋季年会
• [Presentation] 日米共同・太陽フレア X 線集光撮像分光観測ロケット実験 FOXSI-4 の準備状況 (2023)
  • Author(s): 成影典之,三石郁之,渡辺伸,坂尾太郎,高橋忠幸,長澤俊作,南喬博,佐藤慶暉,清水里香,加島颯太,作田皓基,安福千貴,藤井隆登,吉田有佑,Glesener Lindsay,他FOXSI-4 チーム
  • Organizer: 日本天文学会2023年秋季年会
• [Presentation] 次世代X線太陽観測で迫る磁気エネルギー解放による粒子加速機構II (2023)
  • Author(s): 長澤俊作
  • Organizer: 2023年度CURIE生研究発表会
• [Presentation] 2 mm Thick CdTe Double-sided Strip Detectors with Large Area and Modeling the Response for Depth-Of-Interaction Sensing (2023)
  • Author(s): T.Minami,M.Katsuragawa,S.Nagasawa,S.Takeda,T.Takahashi,Y.Tsuzuki,S.Watanabe
  • Organizer: IEEE 2023 Symposium on Radiation Measurements and Applications (SORMA XIX)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Wide-Gap CdTe Double-Sided Strip Detectors for High-Resolution Imaging Spectroscopy of Solar Flares in Hard X-rays (2023)
  • Author(s): S.Nagasawa,T.Minami,S.Watanabe,T.Takahashi
  • Organizer: IEEE 2023 Symposium on Radiation Measurements and Applications (SORMA XIX)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Wide-band X-ray spectral analysis with MinXSS and RHESSI (2023)
  • Author(s): S.Nagasawa
  • Organizer: Space Physics Seminar, University of Minnesota
  • Invited
• [Presentation] Non-destructive 3D imaging method using muonic X-rays and a CdTe double-sided strip detector (2023)
  • Author(s): I.Chiu,S.Takeda,T.Osawa,M.Katsuragawa,S.Nagasawa,T.Takahashi,S.Watanabe,A.Taniguchi,K.Kubo,T.Saito,I.Umegaki,S.Takeshita,Y.Miyake,K.Shimomura,K.Ninomiya
  • Organizer: Workshop for muon elemental analysis research 2023
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 長澤俊作 ホームページ
  • URL: https://nshunsaku.github.io/index.html
• [Remarks] 第23回高宇連研究会 博士論文賞 受賞
  • URL: https://www.ipmu.jp/ja/20240418-Award