X線偏光フィルタ機能つき蛍光X線元素分析３D撮像カメラの開発

• 研究課題/領域番号: 18K18767
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 林田 清 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (30222227)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 蛍光X線分析 / X線ピクセル検出器 / CMOSピクセル検出器 / コード化マスク / X線スペクトル / X線撮像分光 / 微小ピクセル / X線偏光検出 / Ｘ線蛍光分析 / 3次元撮像 / X線撮像装置 / 符号化マスク / 蛍光X線撮像 / X線画像検出器 / X線偏光検出器 / X線蛍光分析 / CMOS検出器 / 画像再合成

研究成果の概要

本研究では、可視光用CMOSピクセル検出器をX線検出に流用し、コード化マスクと小型X線発生装置を組み合わせることで、コンパクト、安価な蛍光X線3Dイメージング装置の開発を目標とした。最小ピクセルサイズの可視光用CMOSを用いて、常温大気圧でX線光子のエネルギーを測定に成功し、さらに、Ｘ線偏光検出性能があることも初めて示した。複数の金属を張り付けた板からの蛍光X線を、ピンホールを通して撮像し画像の取得に成功した。コード化マスクを用いた撮影も行ったが、3D像像再合成は今後の課題となった。一方で、これまでとは全く異なる原理の天文用X線干渉計に、CMOS及びマスクの技術が利用できることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

非破壊で元素組成を調べる蛍光Ｘ線分析装置は、広く普及している。ただし、多くは測定対象全体の元素組成を測定する装置である。測定対象の場所ごとの元素組成、つまり、元素ごとの分布を測定する、スキャン式の蛍光X線分析装置は、大型、高価で、測定時間もかかる。本研究は、X線ピクセル検出器とコード化マスクを組み合わせて、蛍光X線画像を一気に取得する、コンパクト、安価な装置の装置の開発を目指している。本研究で、可視光用CMOS検出器でも、常温でX線光子エネルギー測定に成功し、ピンホール使用であるが、蛍光X線画像も得られた。目的の装置が可能であることをほぼ示せた。完成すれば、応用の範囲と規模は図りしれない。

研究成果

• [雑誌論文] Discovery of a transient X-ray source Suzaku J1305-4930 in NGC 4945 (2020)
  • 著者名/発表者名: Shuntaro Ide, Kiyoshi Hayashida, Hirofumi Noda, Hiroyuki Kurubi, Tomokage Yoneyama, Hironori Matsumoto
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 72 号: 3
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sub-arcseconds to micro-arcsecond x-ray imaging with multi image x-ray interferometer method (MIXIM): concept and scalabe mission plans (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayashida Kiyoshi、Asakura Kazunori、Ishikura Ayami、Hirofumi Noda (8番目) et al.
  • 雑誌名: SPIE proceedings, Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray 巻: - ページ: 44-44
  • DOI: 10.1117/12.2562193
• [雑誌論文] Subsub-arcseconds x-ray imaging with multi-image x-ray interferometer module (MIXIM): experimental results (2020)
  • 著者名/発表者名: Asakura Kazunori、Hayashida Kiyoshi、Hanasaka Takashi、Kawabata Tomoki、Yoneyama Tomokage、Noda Hirofumi、Sakuma Shotaro、Okazaki Koki、Ishikura Ayami、Hanaoka Maho、Ide Shuntaro、Hattori Kengo、Matsumoto Hironori、Tsunemi Hiroshi、Awaki Hisamitsu、Nakajima Hiroshi、Hiraga Junko S.
  • 雑誌名: SPIE proceedings, Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray 巻: - ページ: 152-152
  • DOI: 10.1117/12.2560772
• [雑誌論文] Inverse First Ionization Potential Effects in Giant Solar Flares Found from Earth X-Ray Albedo with Suzaku/XIS (2020)
  • 著者名/発表者名: Katsuda Satoru et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 891 号: 2 ページ: 126-126
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7207
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] X-ray imaging polarimetry with a 2.5-μm pixel CMOS sensor for visible light at room temperature (2019)
  • 著者名/発表者名: Asakura Kazunori、Hayashida Kiyoshi、Hanasaka Takashi、Kawabata Tomoki、Yoneyama Tomokage、Okazaki Koki、Ide Shuntaro、Noda Hirofumi、Matsumoto Hironori
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 5 号: 03 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1117/1.jatis.5.3.035002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiation hardness of a p-channel notch CCD developed for the X-ray CCD camera onboard the XRISM satellite (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanemaru Y., Sato J., Mori K. et al.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 14 号: 04 ページ: C04003-C04003
  • DOI: 10.1088/1748-0221/14/04/c04003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Universal detection of high-temperature emission in X-ray isolated neutron stars (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama Tomokage、Hayashida Kiyoshi、Nakajima Hiroshi、Matsumoto Hironori
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 号: 1 ページ: 17-17
  • DOI: 10.1093/pasj/psy135
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unification of strongly magnetized neutron stars with regard to X‐ray emission from hot spots (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama T.、Hayashida K.、Nakajima H.、Matsumoto H.
  • 雑誌名: Astronomische Nachrichten 巻: 340 号: 1-3 ページ: 221-225
  • DOI: 10.1002/asna.201913593
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sub-arcsecond imaging with multi-image x-ray interferometer module (MIXIM) for very small satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashida, K., Kawabata, T., Hanasaka, T., Asakura, K., Yoneyama, T., Okazaki, K., Ide, S., Matsumoto, H., Nakajima, H., Awaki, H., Tsunemi, H.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 10699 ページ: 29-29
  • DOI: 10.1117/12.2314181
• [雑誌論文] Advancement of X-ray radiography using microfocus X-ray source in conjunction with amplitude grating and SOI pixel detector, SOPHIAS (2018)
  • 著者名/発表者名: Hosono Ryo、Kawabata Tomoki、Hayashida Kiyoshi、Kudo Togo、Ozaki Kyosuke、Teranishi Nobukazu、Hatsui Takaki、Hosoi Takuji、Watanabe Heiji、Shimura Takayoshi
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 26 号: 16 ページ: 21044-21044
  • DOI: 10.1364/oe.26.021044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soft x-ray imaging telescope (Xtend) onboard X-ray Astronomy Recovery Mission (XARM) (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashida Kiyoshi、Tomida Hiroshi、Mori Koji et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 10699 ページ: 1069923-1069923
  • DOI: 10.1117/12.2311446
  • 国際共著
• [雑誌論文] Detection of polarized gamma-ray emission from the Crab nebula with the Hitomi Soft Gamma-ray Detector (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitomi collaboration
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: 6 ページ: 113-113
  • DOI: 10.1093/pasj/psy118
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hitomi X-ray observation of the pulsar wind nebula G21.5-0.9 (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Collaboration、Aharonian Felix、...、Kohmura Takayoshi...、et al (他191名）
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: 3 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1093/pasj/psy027
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hitomi (ASTRO-H) X-ray Astronomy Satellite (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadayuki Takahashi, Yuto Ichinohe (73/270) et al.
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 4 号: 02 ページ: 021402-021402
  • DOI: 10.1117/1.jatis.4.2.021402
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] サブ秒角からマイクロ秒角のX線撮像を実現する多重像X線干渉計MIXIM (2021)
  • 著者名/発表者名: 林田清 他
  • 学会等名: 第21回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] サブ秒角からマイクロ秒角のX線撮像を実現する多重像X線干渉計MIXIM (2021)
  • 著者名/発表者名: 林田清 他
  • 学会等名: 日本物理学会2021年春季年会
• [学会発表] サブ秒角からマイクロ秒角の角度分解能による活動銀河核のＸ線撮像：MIXIMを例にした長期的展望 (2020)
  • 著者名/発表者名: 林田清 他
  • 学会等名: 日本天文学会2020年秋季年会
• [学会発表] 超巨大ブラックホールの周辺を空間分解観測する多重像X線干渉計MIXIM計画 (2020)
  • 著者名/発表者名: 林田清 他
  • 学会等名: 第64回宇宙科学連合大会
• [学会発表] サブ秒角からマイクロ秒角の角度分解能のＸ線撮像を目指すMIXIM：近傍活動銀河核の観測に向けて (2020)
  • 著者名/発表者名: 林田清、他
  • 学会等名: 日本天文学会2020年春期年会
• [学会発表] 探査機搭載を目指した超小型X線蛍光分析3D撮像システムの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石倉 彩美、林田 清、他
  • 学会等名: 日本天文学会2020年春期年会
• [学会発表] 微小ピクセルCMOSセンサー動作ボードとＸ線イベント検出・バックグランド除去のアルゴルズム開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐久間 翔太郎
  • 学会等名: 日本天文学会2020年春期年会
• [学会発表] Multiple Image X-ray Interferometer Modules (MIXIM) and their Scalable Mission Plans from Sub-arcsecond to Subsub-arcsecond Resolution X-ray Images (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Hayashida
  • 学会等名: X-ray Astronomy 2019
  • 国際学会
• [学会発表] X-ray imaging with a 2.5-µm pixel CMOS sensor designed for visible light at room temperature (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Asakura, Kioshi Hayashida et al.
  • 学会等名: The 15th Symposium of Japanese Research Community on X-ray Imaging Optics
  • 国際学会
• [学会発表] X線天体をサブ秒角で撮像する多重像X線干渉計の開発現状 (2019)
  • 著者名/発表者名: 林田清、他
  • 学会等名: 日本物理学会2019秋季大会
• [学会発表] Sub Arc-seconds to Micro Arc-seconds Imaging with Multi Image X-ray Interferometer Modules (MIXIM) (2019)
  • 著者名/発表者名: 林田 清、他
  • 学会等名: 第19回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 多重像X線干渉計MIXIMの開発の現状微小ピクセルサイズの効能とスケーラブルな計画立案- (2019)
  • 著者名/発表者名: 林田 清、他
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
• [学会発表] サブ秒角を達成したMIXIMの開発の現状とスケーラブル (2019)
  • 著者名/発表者名: 林田 清、他
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理連絡会シンポジウム
• [学会発表] サブ秒角でX線撮像する多重像X線干渉計MIXIM (2019)
  • 著者名/発表者名: 林田 清、他
  • 学会等名: 超小型衛星利用シンポジウム（国際学会）
  • 国際学会
• [学会発表] サブ秒角を達成した多重像Ｘ線干渉計(MIXIM)開発の現状とスケーラブルなミッション形態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 林田 清、他
  • 学会等名: BH研究会
• [学会発表] Sub-arcsecond Imaging with Multi Image X-ray Interferometer (MIXIM) for Very Small Satellites (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashida, K. et al.
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telesceopes and Instrumentation
  • 国際学会
• [学会発表] Soft x-ray imaging telescope (Xtend) onboard X-ray Astronomy Recovery Mission (XARM) (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashida, K. et al.
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telesceopes and Instrumentation
  • 国際学会
• [学会発表] サブ秒角でＸ線天体を撮像する多重像Ｘ線干渉計MIXIM の開発Ⅱ (2018)
  • 著者名/発表者名: 林田 清、他
  • 学会等名: 日本物理学会秋季年会
• [学会発表] X線多重像干渉計MIXIMの開発現状(2) モデルプランの策定と概念検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 林田 清、他
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
• [学会発表] 多重像X線干渉計MIXIM 概念検討とモデルプラン策定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 林田 清、他
  • 学会等名: 量子イメージング研究会
• [学会発表] Sub Arc-seconds to Micro Arc-seconds Imaging with Multi Image X-ray Interferometer Modules (MIXIM) (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayashida, K. et al.
  • 学会等名: Japan-China High Energy Astrophycs Meeting
  • 国際学会