可視光・紫外線遮光 フィルムをコートした超大型・高感度X線CCDの開発実証

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25287042
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 幸村 孝由 東京理科大学, 理工学部, 准教授 (20365505)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 冨田 洋 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, その他部局等, 研究員 (30399547)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: Ｘ線CCD / Ｘ線 / 可視光線 / 紫外線 / 薄膜 / OBF / OBL / 遮光

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、「①本研究で開発した可視光遮光フィルムをコーティングしたX線CCDを搭載したHitomi衛星のCCDの軌上の較正実験」と「②宇宙線に対する耐久性」について評価実験を行った。
①はHitomi衛星には，本研究で開発した可視光遮光フィルム(OBL;Optical Blocking Layer）をコーティングしたX線CCD(SXI)を搭載しており，SXIの可視光遮光能ならびに、軌道上でのX線CCDの性能評価を行った。OBLの可視光遮光能については，軌道上で可視光遮光能評価用の較正天体の観測を行う前に，Hitomiの運用が停止となり定量的な評価ができなかったが，実際の観測天体のデータからは，衛星筐体からの光漏れの影響を排除した時間帯では，期待した可視光遮光能を発揮していることが分かった。SXIのX線に対する性能については，エネルギー分解能が5.89keVのX線に対し180eV程度であることが分かった。また本研究で評価したSXIの検出効率については、かに星雲の観測から，他の観測結果と明るさに関し矛盾ない結果であることが分かった。
②は電荷転送非効率(CTI;Charge Transfer Inefficiency）を軽減させるノッチをつけたX線CCDを開発し，放射線医学総合研究所において放射線耐性の評価を行った。結果は，ノッチをつけていないSXIと比べ、ノッチの効果によりCTIが改善されることを実証した。以上①②の結果は現在投稿論文としてまとめている。
また，本研究で新たに課題となったCCD素子にコーティングした可視光遮光用のアルミニウム層にピンホールが生じる問題の対策を進めた。これまでのところ，素子にOBLを製膜する方法を変更しピンホールが減少することが分かった。ただし，継時的に増加する点については、引き続き検証実験を進めており，本研究の研究期間を延長し継続する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は，Hitomi衛星のSXIを用いて，軌道上でのOBLの可視光遮光能の実証実験を行った。可視光の遮光能についてはピンホールを除くと，期待通りの可視光遮光能を持つことが分かった。ただし、成膜時に生じたOBLのピンホールについては、衛星筐体の底面から予想外に漏れ込んできた観測天体以外（地球大気）からの可視光線が、OBLでは遮光できず、特にピンホールがあるピクセルは、可視光による暗電流が高くなり、観測データとして使用できないという問題が生じた。そこで、Hitomi代替機に向けてピンホールを可能な限り減らすことが必須となっている。そのため、本研究の研究期間を１年延長し，引き続きピンホールを抑える技術を確立させる。
一方、CCD素子のX線に対する性能を向上させる技術として、CTIを抑えるノッチを付けた素子を新たに開発し、CTIが改善すること、放射線耐性も向上することを実証することができた。このノッチはHitomi代替機用のCCDに装備する。

Strategy for Future Research Activity

研究期間を1年延長し，Hitomi代替機に装備するCCD用のOBLのピンホールを抑える技術を確立させる。既に，OBLを製膜させる方法については目途がたち、現在、ピンホール数が経時的に増加しないかモニターをしてる段階であり，技術の確立を急ピッチで行っている。また，CCD素子のX線に対する性能向上を目的として，ノッチを付けCTIを抑えること、素子のノードゲインを上げエネルギー分解能を向上させることをスタートさせており，本研究の最終年度である今年度中には、この２点の改良を施した試作品のCCDを製作することになっており，性能評価まで行う。

Causes of Carryover

本研究で開発した可視光遮光膜(OBL)を装備したX線CCDをHitomi衛星に搭載した。開発段階からOBLにはピンホールが生じており、継時的に増加したことが分かっていた。そこで，HitomiではOBLと同じ素材の可視光遮光フィルムを、追加装備する対策を行った。そのため、可視光遮光能は維持したものの、一方で、X線にとっては不感層が増えることになり、2keV以下の軟X線帯域の検出感度が低下することになった。そこで、Hitomi代替機用に搭載するX線CCDでは、裏面照射型CCDの検出感度を最大限に引き出し、高感度の観測を行うために、追加のフィルムを使うことなく、ピンホールがないOBLを装備する。そのために、研究期間を1年延長し、ピンホールのないOBLの開発を完了させる。

Expenditure Plan for Carryover Budget

すでに、OBLのピンホールの低減に向けて、蒸着スピードや薬液、蒸着パターンなど変えたOBLの試作品を製作している。その中で、薬液ならびに蒸着パターンをある方法にした場合、ピンホールが大幅に減少させることに成功した。ただし、ピンホールには、継時的に増加するという問題があり，今回ピンホールが少ない条件で成膜させたOBLについても、ピンホールの数を継時的にモニターする必要があり、現在もモニターを継続している。
今回、成膜条件として絞り込んだ成膜方法で、ピンホール数の継時的増加も抑制できることができれば、今年度には、同一条件でOBLを成膜させたX線CCDの試作品を製作し、可視光遮光能を評価する。また、OBLのX線透過率も測定し、OBLを製膜させたX線CCDの検出効率の評価を行う。
そこで、本研究予算でX線CCDの試作品を購入する予定である。

Research Products

• [Journal Article] The quiescent intracluster medium in the core of the Perseus cluster (2016)
  • Author(s): Hitomi Collaboration et al
  • Journal Title: Nature Volume: 535 Pages: 117-121
  • DOI: 10.1038/nature18627
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The ASTRO-H (Hitomi) x-ray astronomy satellite (2016)
  • Author(s): T. Takahashi et al
  • Journal Title: Proceedings of the SPIE Volume: 9905 Pages: 990510-11
  • DOI: 10.1117/12.2232379
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] Soft x-ray imager (SXI) onboard ASTRO-H (2016)
  • Author(s): H. Tsunemi et al.
  • Journal Title: Proceedings of the SPIE Volume: 9905 Pages: 99050-17
  • DOI: 10.1117/12.2230672
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] A. Aharonian. et al (2016)
  • Author(s): Hitomi Constraints on the 3.5 keV Line in the Perseus Galaxy Cluster
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 837 Pages: 15-23
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa61fa
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 1-80 keV の広帯域X線を高感度で撮像分光する次世代の小型科学衛星計画 FORCE：2017年のステータス (2017)
  • Author(s): 中澤知洋, 森浩二, 村上弘志, 久保田あや, 寺田幸功, 谷津陽一, 馬場彩, 幸村孝由、他
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2017-03-20 – 2017-03-20
• [Presentation] Ｘ線天文衛星「ひとみ」搭載軟Ｘ線撮像検出器SXIの軌道上性能と較正の現状 II (2017)
  • Author(s): 村上弘志, 常深博, 林田清, 中嶋大, 井上翔太, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之、 堂谷忠靖, 尾崎正伸, 冨田洋, 夏苅権, 上田周太朗, 岩井將親, 山内 誠, 廿日出勇, 森浩二, 西岡祐介, 坂田美穂, 安田賢杜, 幸村孝由, 平賀純子, 馬場彩, 信川正順, 信川久実子
  • Organizer: 日本天文学会2017年春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-17
• [Presentation] 軟X線広天域カメラの開発状況 (2017)
  • Author(s): 冨田洋, 今井駿介, 河合誠之, 谷津陽一, 磯部直樹, 有元誠 , 幸村孝由, 三原建弘, 芹野素子
  • Organizer: 日本天文学会2017年春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-16
• [Presentation] 軟X線広天域監視装置iWF-MAXI用X線CCD検出器の基本性能と放射線劣化の評価 (2017)
  • Author(s): 今井駿佑, 冨田洋, 河合誠之, 谷津陽一, 有元誠, 幸村孝由, 玉澤晃希, 小澤祐亮, 安田弘平
  • Organizer: 日本天文学会2017年春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2017-03-16 – 2017-03-16
• [Presentation] 軟Ｘ線から硬Ｘ線の広帯域を高感度で撮像分光する小型衛星計画 FORCE の 現状 (4) (2017)
  • Author(s): 森浩二, 村上弘志, 寺田幸功, 久保田あや, 中澤知洋, 馬場彩, 谷津陽一, 幸村孝由, 内山泰伸, 斉藤新也, 北山哲, 高橋忠 幸, 渡辺伸, 中島真也, 萩野浩一, 松本浩典, 古澤彰浩, 鶴剛, 上田佳宏, 田中孝明, 内田裕之, 武田彩希, 常深博, 中嶋大, 信川正順, 太田直美, 粟木久光, 寺島雄一, 深沢泰司, 高橋弘充, 大野雅功,他
  • Organizer: 日本天文学会2017年春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2017-03-15 – 2017-03-15
• [Presentation] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発 20:サブピクセルレベルでのX線性能評価 (2) (2017)
  • Author(s): 玉澤晃希, 小木曽拓, 大野顕司, 根岸康介, 鑓田敬吾, 幸村孝由, 鶴剛, 田中孝明, 武田 彩希, 内田裕之, 松村英晃, 伊藤真音, 大村峻一, 林秀輝 , 森浩二, 西岡祐介, 武林伸明, 横山 聖真, 新井康夫, 三好敏喜, 倉知郁生, 中島真也
  • Organizer: 日本天文学会2017年春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2017-03-15 – 2017-03-15
• [Presentation] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発21: 大面積X線SOIピクセル検出器の性能評価 (2017)
  • Author(s): 林秀輝, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 武田彩希, 松村英晃, 伊藤真音, 大村峻一, 新井康夫, 三好 敏喜, 倉知郁生, 中島真也, 森浩二, 西岡祐介, 武林伸明, 横山聖真, 幸村孝 由, 玉澤晃希, 根岸康介, 大野顕司, 鑓田敬吾, 川人祥二, 香川景一郎, 安富啓太, 亀濱博 紀, Sumeet Shrestha
  • Organizer: 日本天文学会2017年春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2017-03-15 – 2017-03-15
• [Presentation] ひとみ衛星搭載軟X線撮像検出器(SXI)：軌道上性能と較正の現状 (2016)
  • Author(s): 中嶋大, 常深博, 林田清, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 堂谷忠靖, 尾崎正伸, 冨田洋, 夏苅権, 上田周太朗, 岩井將親, 廿日出勇, 山内誠, 森浩二, 西岡祐介, 平賀純子, 信川正順, 信川久美子, 村上弘志, 幸村孝由, 馬場彩, John Doty
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学
  • Year and Date: 2016-09-24 – 2016-09-24
• [Presentation] X線天文衛星搭載を目指したイベント駆動型SOIピクセル検出器の大面積化へ向けた開発 (2016)
  • Author(s): 武田彩希, 鶴剛, 田中孝明, 松村英晃, 伊藤真音, 大村峻一, 林秀樹, 新井康夫, 森浩二, 西岡祐介, 武林伸明, 横山聖真, 幸村孝由, 玉澤晃希, 小澤祐亮, 佐藤将, 中島真也, 川人祥二, 香川景一郎, 安富啓太, 亀濱博紀, Sumeet Shrestha
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 宮崎大学
  • Year and Date: 2016-09-24 – 2016-09-24
• [Presentation] Ｘ線天文衛星「ひとみ (ASTRO-H)」搭載軟Ｘ線撮像検出器 SXI の軌道 上性能と較正の現状 (2016)
  • Author(s): 森浩二, 山内誠, 廿日出勇, 西岡祐介, 坂田美穂, 安田賢杜, 常深博, 林田清, 中嶋大, 井 上翔太, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 堂谷忠靖, 尾崎正伸, 冨田洋, 夏苅権, 上田周太朗, 岩井將親, 信川正順, 村上弘志, 平賀純 子, 幸村孝由, 信川久実子
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-15 – 2016-09-15
• [Presentation] Ｘ線天文衛星「ひとみ(ASTRO-H)」搭載軟Ｘ線撮像検出器 SXI の軌道上較正：光漏れイベントの原因追求とその対策 (2016)
  • Author(s): 内田裕之, 田中孝明, 鶴剛, 常深博, 林田清, 中嶋大, 井上翔太, 森浩二, 坂 田美穂, 西岡祐介, 山内誠, 廿日出勇, 堂谷忠靖, 尾崎正伸, 冨田洋, 夏苅権, 上田周太 朗, 平賀純子, 信川正順, 村上弘志 , 幸村孝由, 信川久実子
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-15 – 2016-09-15
• [Presentation] Ｘ線天文衛星「ひとみ (ASTRO-H)」搭載軟Ｘ線撮像検出器 SXI の軌道 上較正：クロストーク起源の擬似イベント発生とその対策 (2016)
  • Author(s): 安田賢杜, 坂田美穂, 別府達彦, 本田大悟, 森浩二, 山内誠, 廿日出勇, 西岡祐介, 常深 博, 林田清, 中嶋大, 井上翔太 , 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 堂谷忠靖, 尾崎正 伸, 冨田洋, 夏苅権, 上田周太朗, 岩井將親, 信川正順, 村上弘志, 平賀純子, 幸村孝由, 信川久実子
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-15 – 2016-09-15
• [Presentation] Ｘ線天文衛星「ひとみ(ASTRO-H)」搭載軟Ｘ線撮像検出器 SXI の軌道上較正：バックグラウンドと検出効率 (2016)
  • Author(s): 井上翔太, 中嶋大, 林田清, 常深博, 村上弘志, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 森浩二, 坂田美穂, 西岡祐介, 山内誠, 廿日出勇, 堂谷忠靖, 尾崎正伸, 冨田洋, 夏苅権, 上田周太朗, 岩井將親, 平賀純子, 信川正順, 幸村孝由, 信川久実子
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-15 – 2016-09-15
• [Presentation] Ｘ線天文衛星「ひとみ (ASTRO-H)」搭載軟Ｘ線撮像検出器 SXI の軌道 上較正：ゲインとレスポンス (2016)
  • Author(s): 坂田美穂, 安田賢杜, 別府達彦, 本田大悟, 森浩二, 山内誠, 廿日出勇, 西岡祐介, 平賀 純子, 中嶋大, 井上翔太, 常深博, 林田清, 信川正順, 信 川久実子 , 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 堂谷忠靖, 尾崎正伸, 冨田洋, 夏 苅権, 上田周太朗, 岩井將親, 村上弘志, 幸村孝由
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-15 – 2016-09-15
• [Presentation] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発16: 裏面照射型X線SOIピクセル検出器の軟X線性能評価 (2016)
  • Author(s): 林秀輝, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 武田彩希, 松村英晃, 伊藤真音, 大村峻一 ，中島信也，新井康夫, 三好敏喜, 倉知郁生，森浩二, 竹中亮太, 西岡祐介, 武林伸明, 野田向 輝，幸村孝由, 玉澤晃希, 小澤祐亮, 佐藤将, 川人祥二, 香川景一郎, 安 富啓太, 亀濱博紀, Sumeet Shrestha，吉岡献太郎
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-14 – 2016-09-14
• [Presentation] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発17:Double-SOI構造のP型基板センサーの性能評価 (2016)
  • Author(s): 伊藤真音, 鶴剛, 田中孝明, 武田彩希, 内田裕之, 松村英晃, 大村峻一, 林秀輝，中島真也，, 新井康夫, 倉知郁生, 三好敏喜, 森浩二, 西岡祐介, 武林伸明, 横山聖真，幸村孝由, 玉澤晃希, 小澤祐亮, 佐藤将，川人祥二, 香川景一郎, 安富啓太, 亀濱博紀, Sumeet Shrestha，原和彦, 本多俊介
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-14 – 2016-09-14
• [Presentation] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発19:これまでの到達点と今後 の開発 (2016)
  • Author(s): 鶴剛, 伊藤真音, 大村峻一, 林秀樹, 松村英晃, 武田彩希, 内田裕之, 田中孝明，中島真也，新井康夫, 三好敏喜, 倉知郁生，森浩二, 西岡祐介, 武林伸明, 横 山聖真, 新井真弥, 坂倉聖奈, 福田昂平、幸村孝由, 玉澤晃希, 小澤祐亮, 佐藤将，川人祥二, 香川景一郎, 安富啓太, 亀濱博紀, Sumeet Shrestha
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-14 – 2016-09-14
• [Presentation] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発15：X線TID効果の測定 (2016)
  • Author(s): 西岡祐介, 森浩二, 武林伸明, 横山聖真, 新井真弥, 坂倉聖奈, 福田昂平, 鶴剛, 田中孝 明, 武田彩希, 内田裕之, 松村英晃, 伊藤真音, 大村峻一, 林秀輝, 新井康夫, 倉知郁生, 中島真也, 幸村孝由, 玉澤晃希, 小澤祐亮, 佐藤将
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-14 – 2016-09-14
• [Presentation] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発18:サブピクセルレベルでのX線性能評価 (2016)
  • Author(s): 玉澤晃希, 居原田興祐, 小木曽拓, 大野顕司, 根岸康介, 鑓田敬吾, 幸村孝由 , 鶴剛, 田中孝明, 武田彩希, 内田裕之, 松村英晃, 伊藤真音, 大村峻一, 林秀輝, 森浩二, 西岡 祐介, 武林伸明, 横山聖真
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-14 – 2016-09-14