CCDを用いた0.1から100keVに感度を持つ広帯域高性能X線検出器の開発

• 研究課題/領域番号: 15684002
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 宮田 恵美 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40283824)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 29,120千円 (直接経費: 22,400千円、間接経費: 6,720千円); 2005年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2004年度: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円); 2003年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
• キーワード: 硬X線検出器 / 光子計数検出器 / CCD / シンチレータ / X線天文学 / 気球実験 / 光子計測検出器

研究概要

これまでの2年間の研究期間において、CCDとシンチレータを組み合わせて、広い帯域にわたり、優れた位置分解能を持つX線光子計数検出器(SD-CCD)を開発することができた。本年度は、SD-CCDの応用実験の一環として、気球を用いた実証実験を名古屋大学、宇宙航空研究開発機構と共同で実施した。私は気球搭載のSD-CCDシステムの全般を開発した。気球高度での大気圧を考慮してSD-CCDを安全に冷却するための真空チャンバを開発した。一方気球高度では空気の対流が効かないため、電子回路の放熱が難しい。そのため、低圧環境下で動作させるために電子回路全体を一気圧に保つための与圧容器を開発した。気球上で低い消費電力で動作するための電子回路システムも開発した。気球実験は2005年5月20日に宇宙航空研究開発機構の三陸大気球センタにおいて実施した。気球は放球後90分に予定高度の39kmに到達し、約90分間この高度(レベルフライト)において実験することができた。SD-CCDシステムは放球の60分前から電源を投入し、レベルフライト中正常に動作することが確認できた。レベルフライト時にはSD-CCDを予定動作温度の-50度にすることができ、バックグラウンドレベルの測定をすることができた。これにより、気球を用いて実証実験をすることができた。本課題の成果を踏まえて今後は、ブラジルと国際共同気球実験として、硬X線望遠鏡を搭載した本格的な硬X線撮像観測実験をブラジルにおいて実施する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] The development of a back-illuminated supportless CCD for SXI onboard the NeXT satellite (2005)
  • 著者名/発表者名: T.G.Tsuru et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods, A. 541 ページ: 392-397
• [雑誌論文] X-ray imaging spectrometers (XIS) of Astro-E2 (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Matsumoto et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods, A. 541 ページ: 357-364
• [雑誌論文] Performance of back supportless CCDs for the NeXT mission (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Takagi et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods, A. 541 ページ: 385-391
• [雑誌論文] Development of the X-ray CCD camera for the MAXI mission (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Katayama et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods, A. 541 ページ: 350-356
• [雑誌論文] X-ray Responsivities of Direct-scintillator-deposited Charge-coupled device (2005)
  • 著者名/発表者名: E.Miyata et al.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 44 ページ: 1476-1484
  • NAID: 10015595382
• [雑誌論文] Unprecedented Imaging Capability Hard X-ray Detector Employing Scintillator-Deposited Charge-Coupled Device (2004)
  • 著者名/発表者名: E.Miyata et al.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 51(印刷中)
  • NAID: 10013161424
• [雑誌論文] Development of New X-ray Imaging Device Sensitive to 0.1-100 keV (2004)
  • 著者名/発表者名: E.Miyata et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods, A. 525 ページ: 122-125
• [雑誌論文] Application of a Mesh Experiment for a Proton Beam Onto the Charge-Coupled Device (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Tsunemi, M.Miki, E.Miyata
  • 雑誌名: IEEE Transactions Nuclear Science 51 ページ: 2288-2292
• [産業財産権] X線撮像素子 (2004)
  • 発明者名: 宮田 恵美, 宮口 和久
  • 権利者名: 宮田 恵美, 宮口 和久
  • 公開番号: 2005-203708
  • 出願年月日: 2004-01-19
• [文献書誌] E.Miyata et al.: "Novel Photon-Counting Detector for 0.1-100keV X-ray Imaging Possessing High Spatial Resolution"Japanese Journal of Applied Physics. 42. L1201 (2003)
• [文献書誌] E.Miyata et al.: "Measurement of the Charge Cloud Shape Generated in the Fully Depleted Back-Illuminated Charge-Coupled Device"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 7135 (2003)
• [文献書誌] E.Miyata et al.: "Proton Irradiation Experiment for X-ray Charge-Coupled Devices of the Monitor of All-Sky X-ray Image Mission Onboard the International Space Station : II. Degradation of Dark Current and Identification of Electron Trap Level"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 4564 (2003)
• [文献書誌] H.Tsunemi, J.Hiraga, E.Miyata et al.: "Radiation Hardness of the Notch Structure Inside the Charge-Coupled Device"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 1816 (2003)
• [文献書誌] 杉山清寛, 福田光順, 山中千博, 下田 正 編: "物理学実験"大阪大学出版. 187 (2003)