Development of High Position Sensitive TES X-ray Microcalorimeter for Space X-ray Interferometer
| Project/Area Number |
19K21884
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 16:Astronomy and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
野田 博文 大阪大学, 理学研究科, 助教 (50725900)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 佑 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, 宇宙航空プロジェクト研究員 (00846842)
武井 大 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 客員研究員 (10709372)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | X線干渉計 / 超電導遷移端型X線マイクロカロリメータ / マイクロマシニング / X線天文学 / ブラックホール / 活動銀河核 / 放射光実験 |
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| Outline of Research at the Start |
高い空間分解能を持つ「宇宙X線干渉計」を実現する一つの方策は、幅の狭い干渉縞でも捉えられる、高い光子入射位置の特定精度を持つX線検出器を開発することである。そこで本研究では、超伝導遷移端型X線マイクロカロリメータ技術を応用した「高位置精度X線検出器」を開発する。最初のステップとして、X線光子の入射位置を1 μm未満の高い精度で測定することを目標に据えると同時に、超電導遷移端型X線マイクロカロリメータの強みを活かした高いX線分光性能の実現にも挑戦する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
X線干渉計を衛星軌道上で実現するためには、一台の衛星に搭載できるサイズまで小さくすることが一つの鍵であり、そのためには高い精度でX線光子の到来位置を特定できるX線センサーが必要となる。そこで本研究では、超電導遷移端型マイクロカロリメータ(TES)の技術を応用し、高精度で光子到来位置を特定できる極低温センサーを考案した。2つの Ti/Au (40 nm/90 nm) TES (140 μm × 140 μm) を1つのX線吸収体 (1.2 mm × 20 μm × 1 μm) で接続する新しいデザインを考案した。X線吸収体に光子が入射すると、2つのTESでパルスが得られ、その立ち上がりの時間差を調べることで光子の到来位置を特定する。
これまでに、2つのTESが~100 mKで超電導遷移することを確認したのち、極低温下で55Fe線源を用いて5.9 keVのX線光子をセンサーに照射する実験を行った。本年度は、この実験で得られたデータを系統的に解析し、2つの同期したTESのパルスの立ち上がり時間と、一方のTESで得られるパルスの波高値の関係を調べ、両者に相関を得ることに成功した。TESパルスの波高値は光子の到来位置を反映することから、本結果は、X線光子の到来位置に応じてパルスの立ち上がり時間差が変化することを意味し、狙い通り、時間差を利用することで位置センサーとして機能したことを示す。これまでの実験では5.9 keVの光子が素子の全面に当たるセットアップだったが、光子の入射位置を制限するため、~30 μm間隔で~30 μmのスリットを開けたコリメータを新たに製作した。加えて、コリメータと合わせて冷凍機に設置するためのX線発生装置の設計を進めている。今後は、パルスの立ち上がり時間差からどの程度の位置特定精度が出せているかを調べる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
製作した高位置精度X線センサーを用いたX線照射実験のデータを解析し、２つの超電導遷移端型センサーのパルスの立ち上がり、5.9 keVの光子の入射位置を反映した時間差が実際に確認できた点は順調である。一方、コロナウイルスの感染拡大を受けて出張が制限されたことにより、X線発生装置の製作や放射光施設で駆動させるための検討がやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
光子入射位置の特定精度がどの程度得られるかを確認するため、コリメータを高位置精度X線センサーの前に設置した上でX線照射実験を行う。さらに、SPring-8などの放射光施設で高位置精度X線センサーを駆動するための準備を進める。ここまでに得られた結果を国際・国内会議で発表し、投稿論文としてまとめる。
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Report
(3 results)
Research Products
(20 results)
