秒角空間分解能の硬X線撮像分光観測に向けたCdTe半導体検出器の開発研究

• 研究課題/領域番号: 16H03966
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 渡辺 伸 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, 助教 (60446599)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2018年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2016年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 宇宙物理 / X線天文学 / CdTe半導体検出器 / X線撮像分光検出器 / 撮像検出器 / Ｘ線天文学

研究成果の概要

秒角の空間分解能を持った硬X線撮像観測の実現に向けて、大面積と100ミクロンの位置分解能を兼ね備えたCdTe半導体両面ストリップ型検出器の開発、研究を実施してきた。新しい手法を適用して、試作と実証試験を進め、課題解決を目指した。本研究を通して、CdTe素子のストリップ電極、および、実装の設計指針を得ることができ、目標とする検出器の実現の目処がついた。従来の方法に比べて、エネルギー分解能という観点で優れた性能を高い歩留まりで達成できる見通しを得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高感度硬X線観測を目指した次期衛星計画が検討されており、そのミッション実現にむけて、観測機器の技術成熟度を高めることができた。搭載用観測機器の設計を進めるために不可欠な試作機の製作と実証試験を進めることができた。加えて、天文学以外の医学分野、環境放射線計測分野、非破壊測定分野でも、このような硬X線撮像検出器が望まれている。本研究成果は、他の研究分野への適用に際して重要となる検出器の実用性向上につながった。

研究成果

• [国際共同研究] ミネソタ大学/カリフォルニア大学バークレー校/アメリカ航空宇宙局 (NASA) ゴダード宇宙飛行センター(米国)
• [雑誌論文] Development of 60 μm pitch CdTe double-sided strip detectors for the FOXSI-3 sounding rocket experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: Furukawa Kento、Buitrago-Casas Juan Camilo、Vievering Juliana、Hagino Kouichi、Glesener Lindsay、Athiray P.S.、Krucker S?m、Watanabe Shin、Takeda Shin’ichiro、Ishikawa Shin’nosuke、Musset Sophie、Christe Steven、Takahashi Tadayuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 924 ページ: 321-326
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.07.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A compact imaging system with a CdTe double-sided strip detector for non-destructive analysis using negative muonic X-rays (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuragawa Miho、Tampo Motonobu、Hamada Koji、Harayama Atsushi、Miyake Yasuhiro、Oshita Sayuri、Sato Goro、Takahashi Tadayuki、Takeda Shin’ichiro、Watanabe Shin、Yabu Goro
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 印刷中 ページ: 140-143
  • DOI: 10.1016/j.nima.2017.11.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] A high-resolution CdTe imaging detector with multi-pinhole optics for in-vivo molecular imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: Takeda Shin’ichiro、Katsuragawa Miho、Orita Tadashi、Moriyama Fumiki、Arai Yasuo、Sugawara Hirotaka、Oshita Sayuri、Yabu Goro、Watanabe Shin、Takahashi Tadayuki、Furenlid Lars R.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: － ページ: 57-60
  • DOI: 10.1016/j.nima.2017.10.037
  • 査読あり
• [学会発表] Imaging and spectral performance of a 60 μm pitch CdTe double-sided strip detector (2019)
  • 著者名/発表者名: Shunsaku Nagasawa, Furukawa Kento, Katsuragawa Miho, Takeda Shin’ichiro, Watanabe Shin, Takahashi Tadayuki
  • 学会等名: 12th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors
  • 国際学会
• [学会発表] FOXSI-3 ロケット搭載CdTe半導体硬 X 線検出器における一様性の評価およびモンテカルロ・シミュレーションによる検出器応答の構築 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古川健人、高橋忠幸、武田伸一郎、渡辺伸、石川真之介、萩野浩一、成影典之、Lindsay Glesener、ほか FOXSI-3 チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] 新しい信号処理回路を用いたX線、ガンマ線半導体検出器の研究開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 河村天陽, 織田忠, 武田伸一郎, 渡辺伸, 池田博一, 高橋忠幸
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] Study of 3D image reconstruction using a Si/CdTe semiconductor Compton Camera (2018)
  • 著者名/発表者名: G. Yabu, F. Moriyama, H. Yoneda, S. Takeda, S. Watanabe, T. Orita, T. Takahashi
  • 学会等名: 2018 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
  • 国際学会
• [学会発表] FOXSI-3ロケット実験に向けた狭ピッチCdTe両面ストリップ検出器の性能評価とイメージングアルゴリズムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 古川健人, 高橋忠幸, 武田伸一郎, 渡辺伸, 石川真之介, 萩野浩一, Lindsay Glesener, ほかFOXSIチーム
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
• [学会発表] 電子軌跡検出型のSi/CdTe半導体コンプトンカメラの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 伸、米田 浩基、池田 博一、高橋 忠幸、武田 伸一郎
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 超高分解能マルチプローブ CdTe SPECT装置の開発(1) : 装置コンセプト (2018)
  • 著者名/発表者名: 武田 伸一郎、織田 忠、森山 文基、菅原 寛孝、都丸 亮太、桂川 美穂、薮 悟郎、渡辺 伸、高橋 忠幸、蔵地 理代、水間 広、金山 洋介
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 超高分解能マルチプローブ CdTe SPECT装置の開発(2): CdTe両面ストリップ検出器の性能評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 都丸 亮太、武田 伸一郎、織田 忠、森山 文基、菅原 寛貴、桂川 美穂、藪 悟郎、渡辺 伸、高橋 忠幸、蔵地 理代、水間 広、金山 洋介
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 超高分解能マルチプローブ CdTe SPECT装置の開発(3) : 画像再構成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 織田 忠、武田 伸一郎、都丸 亮太、森山 文基、菅原 寛考、桂川 美穂、藪 悟朗、渡辺 伸、高橋 忠幸、蔵地 理代、水間 広、金山 洋介
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] CdTe両面ストリップ型硬X線検出器を用いたミュオンX線のイメージング (2018)
  • 著者名/発表者名: 桂川美穂, 反保元伸, 濱田幸司, 原山淳, 三宅康博, 大下紗百合, 佐藤悟朗, 高橋忠幸, 武田伸一郎, 渡辺伸, 藪悟郎
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Si/CdTe semiconductor Compton cameras with electron-tracking based imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, H. Yoneda, S. Saito, H. Ikeda, T. Takahashi, S. Takeda
  • 学会等名: 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Development of 60μm pitch CdTe double-sided strip detectors for the FOXSI-3 sounding rocket experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: K.Furukawa, P.S. Athiray, J.Casas, J.Vievering, K.Hagino, L.Glesener, S.Krucker, S.Watanabe, S.Takada, S.Ishikawa, S.Musset, S.Chritste, T.Takahashi
  • 学会等名: 11th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors
  • 国際学会
• [学会発表] High Resolution CdTe Imaging Detector With Multi-Pinhole Optics for In-Vivo Molecular Imaging (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Takeda, T. Orita, F. Moriyama, Y. Arai, H. Sugawara, M. Katsuragawa, S. Oshita, G. Yabu, S. Watanabe, T.Takahashi, L.Furenlid,
  • 学会等名: 8th International Conference on New Developments In Photodetection
  • 国際学会
• [学会発表] A Compact Imaging System with a CdTe Double-Sided Strip Detector for Non-Destructive Analysis Using Negative Muonic X-rays (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Katsuragawa, S. Takeda, A. Harayama, M. Tampo, K. Hamada, S. Watanabe, T. Takahashi, Y. Miyake
  • 学会等名: 8th International Conference on New Developments In Photodetection
  • 国際学会
• [備考] 世界初！太陽観測ロケット実験FOXSI-3、太陽コロナからの軟X線を集光撮像分光観測することに成功！
  • URL: http://www.isas.jaxa.jp/topics/001870.html
• [備考] 観測ロケットFOXSI-3が軟X線太陽像を新手法で描く
  • URL: http://www.isas.jaxa.jp/topics/002010.html