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2017 年度 実績報告書

宇宙最初期ブラックホールの探査研究を実現する衛星搭載X線精密イメージングの開拓

計画研究

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 25109004
研究機関京都大学

研究代表者

鶴 剛  京都大学, 理学研究科, 教授 (10243007)

研究分担者 森 浩二  宮崎大学, 工学部, 准教授 (00404393)
幸村 孝由  東京理科大学, 理工学部物理学科, 教授 (20365505)
田中 孝明  京都大学, 理学研究科, 助教 (20600406)
武田 彩希  宮崎大学, 工学部, 助教 (40736667)
研究期間 (年度) 2013-06-28 – 2018-03-31
キーワードX線天文学 / 宇宙物理 / X線検出器 / SOIピクセル検出器 / SOIPIX / X線 / 検出器
研究実績の概要

宇宙最初期に誕生する超巨大ブラックホール「ファーストブラックホール」を探査・研究し,銀河も含めた形成と進化を読み解くことが本研究の科学的最終目標である.現在宇宙X線観測で主流のX線CCDでは読み出し速度が遅く,非同時計数によるバックグラウンド除去ができないので,科学目標に必要な微弱な天体のX線精密分光撮像が不可能である.そこでイベント駆動X線SOIピクセル検出器(SOIPIX)を開発する.
これまでにサイエンス実験にも使用可能な25mm×15mmサイズのXRPIX5の開発に成功した.しかし,この素子のイベント駆動読み出しにおける分光能力は低いことが問題であった.センサ層と回路層が200nmの隙間しかないため,イベント駆動時のデジタル回路の動作がセンサ層の読み出しノード部分に電気的な干渉を及ぼしていたことが原因である.
これを解決するために,センサ層と回路層の間にシールド層を設けた「ダブルSOI構造」を開発した.すでに,小型素子(XRPIX3,6D)では,シールド層が電気的干渉を抑えることで,高い分光性能を実現できることを実証済みである.そこで今年度はダブルSOI構造を持つXRPIX5と同じ25mm×15mmサイズのXRPIX7の開発を行った.すでに素子と読み出し回路基板は完成し,現在読み出し試験を行う準備を行っている.
このダブルSOI構造素子の開発と並行し,さらなる分光性能の向上を目指し,PDD (Pinned Depleted Diode)と呼ぶ,新しいデバイス構造を持つ,小型素子(XRPIX6E)の試験を行った.その結果.イベント駆動で6.4keV X線に対して216eV (FWHM) のエネルギー分解能を達成した.SOIピクセル検出器で初めて200eVに近い値を実現した.本新学術領域はこの段階で終了するが,今後PDD構造を持つ大型素子の実現を目指す予定である.

現在までの達成度 (段落)

平成29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

平成29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 4件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [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、Aharonian Felix、Akamatsu Hiroki、Akimoto Fumie、Allen Steven W、Angelini Lorella、Audard Marc、Awaki Hisamitsu、Axelsson Magnus、Bamba Aya、Bautz Marshall W et al.
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 70 ページ: 113 (1-19)

    • 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] Spatially resolved spectroscopy of non-thermal X-rays in RX J1713.7?3946 with Chandra2018

    • 著者名/発表者名
      Okuno Tomoyuki、Tanaka Takaaki、Uchida Hiroyuki、Matsumura Hideaki、Tsuru Takeshi Go
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 70 ページ: 77

    • DOI

      10.1093/pasj/psy072

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hitomi X-ray observation of the pulsar wind nebula G21.5?0.92018

    • 著者名/発表者名
      Hitomi Collaboration、Aharonian Felix、Akamatsu Hiroki、Akimoto Fumie、Allen Steven W、Angelini Lorella、Audard Marc、Awaki Hisamitsu、Axelsson Magnus、Bamba Aya、Bautz Marshall W et al.
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 70 ページ: 38 (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] The origin of recombining plasma and the detection of the Fe-K line in the supernova remnant W?282018

    • 著者名/発表者名
      Okon Hiromichi、Uchida Hiroyuki、Tanaka Takaaki、Matsumura Hideaki、Tsuru Takeshi Go
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 70 ページ: 35

    • DOI

      10.1093/pasj/psy022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Kyoto's event-driven x-ray astronomy SOI pixel sensor for the FORCE mission2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi G. Tsuru; Hideki Hayashi; Katsuhiro Tachibana; Soudai Harada; Hiroyuki Uchida; Takaaki Tanaka; Yasuo Arai; Ikuo Kurachi; Koji Mori; Ayaki Takeda; Yusuke Nishioka; Nobuaki Takebayashi; Shoma Yokoyama; Kohei Fukuda; Takayoshi Kohmura; Kouichi Hagino; Kenji Ohno; Kohsuke Negishi; Keigo Yarita et al.
    • 雑誌名

      SPIE

      巻: 10709 ページ: 107090H

    • DOI

      10.1117/12.2312098

  • [雑誌論文] The FORCE mission: science aim and instrument parameter for broadband x-ray imaging spectroscopy with good angular resolution2018

    • 著者名/発表者名
      Mori Koji、Tsuru Takeshi G.、Ueda Yoshihiro、Awaki Hisamitsu、Fukazawa Yasushi、Ishida Manabu、Matsumoto Hironori、Murakami Hiroshi、Okajima Takashi、Tsunemi Hiroshi、Zhang William W.、Nakazawa Kazuhiro、Takahashi Tadayuki
    • 雑誌名

      SPIE

      巻: 10699 ページ: 106992D

    • DOI

      10.1117/12.2309344

  • [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
      Kiyoshi Hayashida; Hiroshi Tomida; Koji Mori; Hiroshi Nakajima; Takaaki Tanaka; Hiroyuki Uchida; Takeshi G. Tsuru; Hiroshi Murakami; Takashi Okajima; Takayoshi Kohmura; Kouichi Hagino; Shogo B. Kobayashi; Manabu Ishida; Yoshitomo Maeda; Hideki Uchiyama; Kazutaka Yamaoka; Hironori Matsumoto; et al.
    • 雑誌名

      SPIE

      巻: 10699 ページ: 1069923

    • DOI

      10.1117/12.2311446

  • [雑誌論文] Concept of the X-ray Astronomy Recovery Mission2018

    • 著者名/発表者名
      Makoto Tashiro; Hironori Maejima; Kenichi Toda; Richard Kelley; Lillian Reichenthal; James Lobell; Robert Petre; Matteo Guainazzi; Elisa Costantini; Mark Edison; Ryuichi Fujimoto; Martin Grim; Kiyoshi Hayashida; Jan-Willem den Herder; Yoshitaka Ishisaki; Stphane Paltani; et al.
    • 雑誌名

      SPIE

      巻: 10699 ページ: 1069922

    • DOI

      10.1117/12.2309455

    • 国際共著
  • [雑誌論文] Proton radiation tolerance of x-ray SOI pixel sensors for space use (Conference Presentation)2018

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Kohmura; Kosuke Hagino; Keigo Yarita; Kenji Oono; Kosuke Negishi; Koki Tamasawa; Takeshi Go Tsuru; Takaaki Tanaka; Hideki Matsumura; Hideki Hayashi; Katsuhiro Tachibana; Sodai Harada; Koji Mori; Ayaki Takeda; Yusuke Nishioka; Nobuaki Takebayashi; Shoma Yokoyama; et al.
    • 雑誌名

      SPIE

      巻: 10699 ページ: 106992G

    • DOI

      10.1117/12.2313532

  • [雑誌論文] A Silicon-on-Insulator-Based Dual-Gain Charge-Sensitive Pixel Detector for Low-Noise X-ray Imaging for Future Astronomical Satellite Missions2018

    • 著者名/発表者名
      Shrestha Sumeet、Kawahito Shoji、Kamehama Hiroki、Nakanishi Syunta、Yasutomi Keita、Kagawa Keiichiro、Teranishi Nobukazu、Takeda Ayaki、Tsuru Takeshi、Kurachi Ikuo、Arai Yasuo
    • 雑誌名

      Sensors

      巻: 18 ページ: 1789~1789

    • DOI

      10.3390/s18061789

  • [雑誌論文] Hitomi (ASTRO-H) X-ray Astronomy Satellite2018

    • 著者名/発表者名
      Tadayuki Takahashi; Motohide Kokubun; Kazuhisa Mitsuda; Richard L. Kelley; Takaya Ohashi; Felix Aharonian; Hiroki Akamatsu; Fumie Akimoto; Steven W. Allen; Naohisa Anabuki; Lorella Angelini; Keith A. Arnaud; Makoto Asai; Marc Audard; Hisamitsu Awaki; Magnus Axelsson; Philipp Azzarello; et al.
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 4 ページ: 1~1

    • DOI

      10.1117/1.JATIS.4.2.021402

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Total ionizing dose effects on the SOI pixel sensor for X-ray astronomical use2018

    • 著者名/発表者名
      Mori Koji、Nishioka Yusuke、Takeda Ayaki、Takebayashi Nobuaki、Takenaka Ryota、Sakakura Seina、Yokoyama Shoma、Fukuda Kohei、Yukumoto Masataka、Hida Takahiro、Tsuru Takeshi G.、Tanaka Takaaki、Matsumura Hideaki、Hayashi Hideki、Kohmura Takayoshi、Nakashima Shinya、Arai Yasuo、Kurachi Ikuo
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 924 ページ: 473-479

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.07.057

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance of the Silicon-On-Insulator pixel sensor for X-ray astronomy, XRPIX6E, equipped with pinned depleted diode structure2018

    • 著者名/発表者名
      Harada Sodai、Tsuru Takeshi Go、Tanaka Takaaki、Uchida Hiroyuki、Matsumura Hideaki、Tachibana Katsuhiro、Hayashi Hideki、Takeda Ayaki、Mori Koji、Nishioka Yusuke、Takebayashi Nobuaki、Yokoyama Shoma、Fukuda Kohei、Arai Yasuo、Kurachi Ikuo et al.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 924 ページ: 468-472

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.09.127

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proton radiation damage experiment for X-ray SOI pixel detectors2018

    • 著者名/発表者名
      Yarita Keigo、Kohmura Takayoshi、Hagino Kouichi、Kogiso Taku、Oono Kenji、Negishi Kousuke、Tamasawa Koki、Sasaki Akinori、Yoshiki Satoshi、Tsuru Takeshi Go、Tanaka Takaaki、Matsumura Hideaki、Tachibana Katsuhiro、Hayashi Hideki、Harada Sodai、et al.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 924 ページ: 457-461

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.09.057

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Studies of radioactive background in SOI pixel detector for solar axion search experiment2018

    • 著者名/発表者名
      Onuki Yoshiyuki、Grimaldo Johnny Alejandro Mora、Ose Tatsuki、Aihara Hiroaki、Inoue Yoshizumi、Kamiya Yoshio、Shimazoe Kenji、Tsuru Takeshi Go、Tanaka Takaaki、Miuchi Kentaro、Takeda Ayaki、Arai Yasuo
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 924 ページ: 448-451

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.07.056

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluation of Kyoto’s event-driven X-ray astronomical SOI pixel sensor with a large imaging area2018

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Hideki、Tsuru Takeshi Go、Tanaka Takaaki、Uchida Hiroyuki、Matsumura Hideaki、Tachibana Katsuhiro、Harada Sodai、Takeda Ayaki、Mori Koji、Nishioka Yusuke、Takebayashi Nobuaki、Yokoyama Shoma、Fukuda Kohei、Arai Yasuo、Kurachi Ikuo、et al.
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 924 ページ: 400-403

    • DOI

      10.1016/j.nima.2018.09.042

    • 査読あり
  • [学会発表] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発32:現在の到達点と今後の開発2019

    • 著者名/発表者名
      鶴,他
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] SOI 技術を用いた新型X 線撮像分光器の開発33: 回路配置を改良したシングルSOI 型素子のサブピクセル応答評価2019

    • 著者名/発表者名
      行元,他
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] SOI 技術を用いた新型X線撮像分光器の開発34: XRPIX6Eのサブピクセルレスポンス2019

    • 著者名/発表者名
      佳山,他
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] SOI 技術を用いた新型X 線撮像分光器の開発35 : ビームラインを用いたDouble-SOI 型素子によるサブピクセルレベルのX 線応答評価2019

    • 著者名/発表者名
      大野,他
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] SOI 技術を用いた新型X 線撮像分光器の開発36: Double-SOI 構造を導入したX 線SOI ピクセル検出器における電荷損失の原因の調査2019

    • 著者名/発表者名
      根岸,他
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] SOI 技術を用いた新型X線撮像分光器の開発37: Double SOI 構造を持つ新型検出器の放射線耐性評価2019

    • 著者名/発表者名
      鑓田,他
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] シリコンとCdTeの異種半導体一体型3次元X線ピクセル検出器~その1 思いつくまで~2019

    • 著者名/発表者名
      鶴,他
    • 学会等名
      TIA かけはし 第3回3次元量子イメージセンサ研究会・つくば・2019年1月28日
    • 国際学会
  • [学会発表] SOI 技術を用いた新型X線撮像分光器の開発29 : PDD構造を持つイベント駆動型X 線SOI ピクセル検出器の性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      原田,他
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] SOI 技術を用いた新型X 線撮像分光器の開発30:X 線SOI ピクセル検出器の電荷雲サイズの測定2018

    • 著者名/発表者名
      萩野,他
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] SOI 技術を用いた新型X 線撮像分光器の開発31:マルチコリメータ実験を用いたX 線SOI 検出器の電荷収集時間のピクセル内での位置依存性の評価2018

    • 著者名/発表者名
      佳山,他
    • 学会等名
      日本天文学会
  • [学会発表] Kyoto's Event-Driven Astronomical SOI Pixel Sensor (invited)2018

    • 著者名/発表者名
      T. Tsuru
    • 学会等名
      FEE2018・Orford, Canada・20-25th, May, 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Kyoto's event-driven x-ray astronomy SOI pixel sensor for the FORCE mission2018

    • 著者名/発表者名
      T. Tsuru et al.
    • 学会等名
      SPIE AS18・Austin, TX, USA・10-15th, June, 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance of SOI Pixel Sensors for X-ray Astronomy2018

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Tanaka, Takeshi Go Tsuru, Hiroyuki Uchida, et al.
    • 学会等名
      IEEE NSS 2018・International Convention Centre Sydney・2018/11/13
    • 国際学会
  • [学会発表] ミッシング・ブラックホール探査を実現するSOI検出器2018

    • 著者名/発表者名
      鶴,他
    • 学会等名
      apis宮城 講演会・宮城県ラピスセミコンダクタ宮城・2018年4月4日
    • 招待講演
  • [学会発表] HyENEXSSを用いたX線天文衛星用 X線SOIPIX検出器の開発研究2018

    • 著者名/発表者名
      鶴,他
    • 学会等名
      TAC総会・研究会・慶応大学・2018年6月6日
  • [学会発表] トリガ出力可能な光子計数型 X線CMOS-SOIピクセル検出器の開発2018

    • 著者名/発表者名
      鶴,他
    • 学会等名
      応用物理学会・名古屋・2018年9月18-21日
  • [学会発表] 次世代天文衛星用イベント駆動読み出し型X線SOIピクセル検出器 XRPIXの紹介2018

    • 著者名/発表者名
      鶴,他
    • 学会等名
      量子線イメージング研究会・京都大学・2018年9月25-26日

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公開日: 2019-12-27  

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