XRPIXの位置分解能向上とG2格子不要のX線タルボ干渉計の開発

• 研究領域: 3次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開
• 研究課題/領域番号: 26109506
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 林田 清 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30222227)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円); 2015年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2014年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: X線位相コントラスト / X線タルボ干渉計 / SOIPIX / X線画像検出器 / Ｘ線干渉 / X線天文用干渉計 / 冷却X線カメラ / XRPIX / SOI検出器 / X線干渉 / 冷却機構

研究実績の概要

生体などの軽元素を含む試料内部の微細構造をさぐるために、様々なX線位相コントラスト撮像法が提案されてきたが、X線タルボ干渉計は、その実用化の最前線にある。本研究では、マイクロフォーカスX線源と、1枚の回折格子、そしてXRPIX検出器からなるX線タルボ干渉計の実現を目指した。本装置は、X線画像検出器XRRPIXを用いて個々のX線光子を計測することで、ピクセル以下の位置分解能と、Ｘ線エネルギー測定、選別を行う点で、従来のX線タルボ干渉計と異なる特徴をもつ。
昨年度の研究で、XRPIX2b素子を導入、室温動作からはじめ、冷凍機と真空層を組み合わせた冷却カメラの完成まで実現していた。本年度は、マイクロフォーカスX線源照射するセットアップをして、試料のX線屈折コントラスト拡大撮影が実施した。X線CCDを使用した場合に比べて、パイルアップ耐性が高く、撮影時間を1桁以上短縮できることを実証した。次いで、様々な幅のスリットを撮影し、位置分解能を測定した。10倍拡大撮影で、3ミクロン幅のスリットを分解できた。また、X線イベントをシングルイベント、スプリットイベントと区別することで、位置分解能をさらに向上できることも実証した。
最後に、3ミクロンピッチあるいは4.8ミクロンピッチの回折格子を様々な距離に設置し、X線タルボ効果による自己像（干渉縞）を得ることを目指した。前者の回折格子で、30倍の拡大率の位置に設置した場合、干渉縞のヒントが得られた。ただし、コントラストは7%程度で、期待される数10%に比べると十分とはいえない。今後、各種調整を継続し、より明瞭な干渉縞を得ることを目指す。
一方、本研究の過程で、X線天体のサイズを測定する新しいタイプのX線天文用干渉計の原理を発案した。この方向の研究も今後すすめていく。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Search for a non-equilibrium plasma in the merging galaxy cluster Abell 754 (2016)
  • 著者名/発表者名: Inoue, Shota; Hayashida, Kiyoshi; Ueda, Shutaro; Nagino, Ryo; Tsunemi, Hiroshi; Koyama, Katsuji
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 00 号: SP1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1093/pasj/psw027
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of Low-noise High-speed Analog ASIC for X-ray CCD Cameras and Wide-band X-ray Imaging Sensors (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nakajima et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 巻: 未定 ページ: 283-287
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.04.040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modeling the spectral response for the soft X-ray imager onboard the ASTRO-H satellite (2016)
  • 著者名/発表者名: Shota Inoue, Kiyoshi Hayashida, Shuhei Katada, Hiroshi Nakajima, Ryo Nagino, Naohisa Anabuki, Hiroshi Tsunemi, and Shutaro Ueda, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 巻: 00 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.03.071
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Global Distribution of Ionizing and Recombining Plasmas in the Supernova Remnant G290.1$-$0.8 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamitsukasa, Fumiyoshi; Koyama, Katsuji; Uchida, Hiroyuki; Nakajima, Hiroshi; Hayashida, Kiyoshi; Mori, Koji; Katsuda, Satoru; Tsunemi, Hiroshi
  • 雑誌名: Pub. Astr. Soc. Japan 巻: 67-2 号: 2 ページ: 168-168
  • DOI: 10.1093/pasj/psu149
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Soft X-ray Imager (SXI) for the ASTRO-H Mission (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaaki Tanaka, Hiroshi Nakajima et al.
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 9601 ページ: 10-10
  • DOI: 10.1117/12.2190808
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suzaku study on the ejecta of the supernova remnant G272.2-3.2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamitsukasa, Fumiyoshi; Koyama, Katsuji; Nakajima, Hiroshi; Hayashida, Kiyoshi; Mori, Koji; Katsuda, Satoru; Uchida, Hiroyuki; Tsunemi, Hiroshi
  • 雑誌名: PASJ 巻: 67 号: SP1 ページ: 114-122
  • DOI: 10.1093/pasj/psv114
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suzaku discovery of Fe K-shell line from the O-rich SNR G292.0+1.8 (2014)
  • 著者名/発表者名: Kamitsukasa, Fumiyoshi; Koyama, Katsuji; Tsunemi, Hiroshi; Hayashida, Kiyoshi; Nakajima, Hiroshi; Takahashi, Hiroaki; Ueda, Shutaro; Mori, Koji; Katsuda, Satoru; Uchida, Hiroyuki
  • 雑誌名: Pub. Astr. Soc. Japan 巻: 66-3 号: 3 ページ: 648-648
  • DOI: 10.1093/pasj/psu035
  • NAID: 40020140536
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of an overlapping cluster in the Abell 1674 field with Suzaku (2014)
  • 著者名/発表者名: Inoue, Shota; Hayashida, Kiyoshi; Akamatsu, Hiroki; Ueda, Shutaro; Nagino, Ryo; Tsunemi, Hiroshi; Tawa, Noriaki; Koyama, Katsuji
  • 雑誌名: Pub. Astr. Soc. Japan 巻: 66-4 号: 4 ページ: 717-717
  • DOI: 10.1093/pasj/psu044
  • NAID: 40020180608
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray gamma-ray polarimetry small satellite PolariS (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Hayashida, Y. Daisuke, S. Gunji, T. Tamagawa, T. Mihara, T. Mizuno, H. Takahashi, T. Dotani, H. Kubo, Y. Yatsu, F. Tokanai, T. Nakamori, S. Shibata, A. Hayato, A. Furuzawa, 他12名
  • 雑誌名: SPIE proc. 巻: 9144 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1117/12.2056685
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Soft X-ray Imager (SXI) onboard ASTRO-H (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Hayashida et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 9144 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1117/12.2054575
• [雑誌論文] Use of a charge-injection technique to improve performance of the Soft X-ray Imager aboard ASTRO-H (2014)
  • 著者名/発表者名: Kumiko K. Nobukawa et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 巻: 765 ページ: 269-274
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.05.091
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] X線多重像干渉計の概念提案 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林田 清
  • 学会等名: 高エネルギー天体物理研究連絡会シンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大（日本）
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] 秒角以下のＸ線源サイズ測定をめざすX線多重像干渉計の提案 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林田 清
  • 学会等名: 日本物理学会春季年会
  • 発表場所: 東北学院大（日本）
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] Ｘ線多重像干渉計の概念検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林田 清
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京（日本）
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] X線多重像干渉計の概念提案 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林田 清
  • 学会等名: 宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所（日本）
  • 年月日: 2016-01-06
• [学会発表] X線タルボ干渉計withXRPIXの開発の現状とX線天体サイズ測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林田 清
  • 学会等名: 第5回「３次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開」研究会
  • 発表場所: 静岡大学（日本）
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] Improvement of the Positional Resolution of XRPIX and its Application to an X-ray Interferometer (2015)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Hayashida
  • 学会等名: International Workshop on SOI Pixel Detector (SOIPIX2015)
  • 発表場所: 東北大学（日本）
  • 年月日: 2015-06-03
  • 国際学会
• [学会発表] Soft X-ray Imager (SXI) onboard ASTRO-H (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Hayashida
  • 学会等名: ASTRO-H collabolation meeting
  • 発表場所: パリ（フランス）
  • 年月日: 2014-07-09
  • 国際学会
• [学会発表] Soft X-ray Imager (SXI) onboard ASTRO-H (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Hayashida
  • 学会等名: SPIE astronomical telescope and instrumentation
  • 発表場所: モントリオール（カナダ）
  • 年月日: 2014-06-25
  • 国際学会
• [学会発表] X-ray gamma-ray polarimetry small satellite PolariS (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Hayashida
  • 学会等名: SPIE astronomical telescope and instrumentation
  • 発表場所: モントリオール（カナダ）
  • 年月日: 2014-06-22
  • 国際学会
• [学会発表] XRPIXの位置分解能向上とG2格子不要のＸ線タルボ干渉計の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林田 清
  • 学会等名: SOI新学術研究会
  • 発表場所: 大阪大学（日本）
  • 年月日: 2014-05-10
• [備考] ３次元半導体検出器で切り拓く新たな量子イメージングの展開
  • URL: http://soipix.jp/
• [備考] XRPIXの位置分解能向上とG2格子不要のＸ線タルボ干渉計の開発
  • URL: http://soipix.jp/b-01-1.html