宇宙線の加速機構に迫るＸ線ＳＯＩピクセル検出器の開発

• Project/Area Number: 15J01842
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 松村 英晃 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 超新星残骸 / SOIピクセル検出器 / 過電離プラズマ / FORCE衛星計画 / 宇宙線加速 / XRPIX / X線天文学 / 再結合プラズマ / SOI検出器 / X線ピクセル検出器

Outline of Annual Research Achievements

今年度は、超新星残骸 IC 443の天体解析および、イベント駆動型SOIピクセル検出器 XRPIXのエネルギー分解能向上のための素子開発を行った。
昨年度の研究により、超新星残骸 G166.0+4.3 の分子雲が相互作用している領域から再結合優勢な過電離プラズマを発見し、過電離プラズマの生成起源が冷たい分子雲との熱伝導であると結論付けた。他の超新星残骸も同様に調査するため、IC 443 に着目した。IC 443 は分子雲と相互作用している超新星残骸であり、先行研究より中心領域から過電離プラズマが発見されている。しかし、分子雲と接触している領域のプラズマの状態は調査されていない。私の解析によって、この領域もプラズマが過電離状態であることを確認た。また、期待していた通りこのプラズマの電子温度は、他の領域よりも優位に低い値であった。G166.0+4.3 の結果と同じく、過電離プラズマの起源が分子雲との熱伝導であることを強く示唆する結果である。本研究については、国際学会の口頭発表および主著論文としてで報告した。
素子開発については、素子の大面積化とエネルギー分解能の向上に務めた。サイズが 15.3 mm x 21.9 mm (二枚並べることで衛星搭載要求性能達成) の大面積素子を開発し、性能評価を行った。素子の全ての領域から正常なスペクトルが取得できることを確認した。また、エネルギー分解能の向上を目的としてDoble SOI 構造を導入し、回路層とセンサー層の容量結合を遮断した素子の開発を行った。この素子でイベント駆動読み出しにてエネルギー分解能 346 eV at 6.4 keV のスペクトル性能を達成し衛星搭載の要求性能 300 eV at 6 keV に大きく近づいた。これらの結果は国際学会の口頭発表で報告し、共著論文にて執筆中である。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The origin of recombining plasma and the detection of the Fe-K line in the supernova remnant W28 (2018)
  • Author(s): Okon Hiromichi et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: Advance Access Issue: 3 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1093/pasj/psy022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Toward the Understanding of the Physical Origin of Recombining Plasma in the Supernova Remnant IC 443 (2017)
  • Author(s): Matsumura Hideaki、Tanaka Takaaki、Uchida Hiroyuki、Okon Hiromichi、Tsuru Takeshi Go
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 851 Issue: 2 Pages: 73-73
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa9bdf
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Localized recombining plasma in G166.0+4.3: A supernova remnant with an unusual morphology (2017)
  • Author(s): H. Matsumura, H. Uchida, T. Tanaka, T. G. Tsuru, M. Nobukawa, K. K. Nobukawa and M. Itou
  • Journal Title: Publication of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Issue: 2 Pages: 30-37
  • DOI: 10.1093/pasj/psx001
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The first back-side illuminated types of Kyoto's X-ray astronomy SOIPIX (2016)
  • Author(s): M. Itou, T. G. Tsuru, T. Tanaka, A. Takeda, H. Matsumura, S. Ohmura, H. Uchida, S. Nakashima, Y. Arai, I. Kurachi, K. Mori, R. Takenaka, Y. Nishioka, T. Kohmura, K. Tamasawa and C. Tindall
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A Volume: 831 Pages: 55-60
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.04.012
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reduction of cross-talks between circuit and sensor layer in the Kyoto's X-ray Astronomy SOI pixel sensors with Double-SOI wafer (2016)
  • Author(s): S. Ohmura, T-G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, A. Takeda, H. Matsumura, M. Ito, Y. Arai, I. Kurachi, T. Miyoshi, S. Nakashima, K. Mori, Y. Nishioka, N. Takebayashi, K. Noda, T. Kohmura, K. Tamasawa, Y. Ozawa, T.Sato, T. Konno, S. Kawahito, K. Kagawa, K. Yasutomi, H. Kamehama, S. Shrestha, K. Hara, S. Honda
  • Journal Title: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A Volume: Vol.831 Pages: 61-64
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.04.024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Improvement of spectroscopic performance using a charge-sensitive amplifier circuit for an X-ray astronomical SOI pixel detector (2015)
  • Author(s): Ayaki Takeda et al.
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: 10 Issue: 06 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1088/1748-0221/10/06/c06005
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Improving Charge-Collection Efficiency of Kyoto’s SOI Pixel Sensors (2015)
  • Author(s): H.Matsumura, T.G.Tsuru, T.Tanaka, A.Takeda, M.Ito, S.Ohmura, Y.Arai, K.Mori, Y.Nishioka, R.Takenaka, T.Kohmura
  • Journal Title: arXiv Volume: 1509.00538
  • Open Access
• [Presentation] X線天文衛星「すざく」による銀河系超新星残骸の過電離プラズマの形成プロセスの研究 (2018)
  • Author(s): 松村英晃
  • Organizer: 高エネルギー宇宙物理連絡会研究会
• [Presentation] 超新星残骸W44からの過電離プラズマの空間構造 (2018)
  • Author(s): 松村英晃
  • Organizer: 日本天文学会2018年春季年会
• [Presentation] 超新星残骸 IC 443 からの 過電離プラズマの成因 (2017)
  • Author(s): 松村英晃, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 尾近洸行, 立花克裕
  • Organizer: 日本天文学会2017年度春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] A study of the origin of recombining plasma in the supernova remnants IC 443 (2017)
  • Author(s): Hideaki Matsumura et al.
  • Organizer: The X-ray Universe 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Origin of Recombining Plasma in a Mixed-Morphology Supernova Remnant, G166.0+4.3 (2016)
  • Author(s): H. Matsumura, H. Uchida, T. Tanaka, T. G. Tsuru, M. Itou, M. Nobukawa and K. K. Nobukawa
  • Organizer: SNR Workshop 2016 winter
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-11-21
• [Presentation] 特異な構造を持つ超新星残骸 G166.0+4.3 からの再結合プラズマの発見 (2016)
  • Author(s): 松村英晃, 内田裕之, 田中孝明, 鶴剛, 伊藤真音, 信川正順, 信川久実子
  • Organizer: 日本天文学会2016年度秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Suzaku Observation of G166.0+4.3: A Supernova Remnant with an Unusual Morphology (2016)
  • Author(s): H. Matsumura, H. Uchida, T. Tanaka, T. G. Tsuru, M. Itou, M. Nobukawa and K. K. Nobukawa
  • Organizer: Supernovae Through The Ages
  • Place of Presentation: Ister Island
  • Year and Date: 2016-08-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Discovery of Recombining Plasma in G166.0+4.3: A Mixed-Morphology Supernova Remnant with an Unusual Structure (2016)
  • Author(s): H. Matsumura, H. Uchida, T. Tanaka, T. G. Tsuru, M. Nobukawa, K. K. Nobukawa and M. Itou
  • Organizer: Supernova Remnants: An Odyssey in Space after Stellar death
  • Place of Presentation: Chania
  • Year and Date: 2016-06-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 特異な構造を持つ Mixed-Morphology型超新星残骸 G166.0+4.3 のすざく衛星による観測 (2016)
  • Author(s): 松村 英晃
  • Organizer: 日本物理学会2016年春季大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] 宇宙X線観測用SOIピクセル検出器における電荷収集効率の改善 (2015)
  • Author(s): 松村 英晃
  • Organizer: 日本物理学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学
  • Year and Date: 2015-09-25
  • Invited
• [Presentation] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発：開発の現状 (2015)
  • Author(s): 松村 英晃
  • Organizer: 日本天文学会2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 甲南大学
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] Improving Charge-Cllection Efficiency of Kyoto's SOI Pixel Sensor (2015)
  • Author(s): Hideaki Matsumura
  • Organizer: International Workshop on SOI Pixel Detector
  • Place of Presentation: Sendai/Japan
  • Year and Date: 2015-06-03
  • Int'l Joint Research