マイクロカロリメータによる宇宙X線分光観測の新展開

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14204017
• 研究機関: 独立行政法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 満田 和久 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 高エネルギー天文学研究系, 教授 (80183961)
• 研究分担者: 廣瀬 和之 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙探査工学研究系, 助教授 (00280553) ; 藤本 龍一 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 高エネルギー天文学研究系, 助手 (20280555)
• キーワード: 放射線検出器 / X線分光器 / カロリメータ / ボロメータ / 超伝導遷移センサー(TES) / 超伝導量子干渉素子(SQUID) / マイクロマシーニング / チタン-金薄膜

研究概要

本研究の目的は、1000画素程度の本格的な撮像能力と半値幅4eV程度の高いエネルギー分解能を備えたX線マイクロカロリメータアレイを実現するために必要な2つの基礎技術、すなわち、大規模アレイ製作のための安定な製作プロセスと多数画素からの信号を読み出すための低雑音信号処理技術、の開発研究である。
1.TESマイクロカロリメータアレイの研究
宇宙観測用のカロリメータアレイでは隣接する画素間の不感領域を小さくするために、いわゆる"マッシュルーム"形状を持つX線吸収体が必要である。昨年度の研究でこの形状でも10eV近い分解能を達成した。今年度は、より高い分解能を達成するためカロリメータ内の熱伝達シミュレーション計算を行い、X線吸収体の製作プロセス方法の改良を行った。この結果に基づいて新しいプロセスによる素子製作を進めている。一方、16X16フォーマットで256個の全画素に配線を施し信号を取り出せるようにしたアレイ素子を初めて試作した。試作の途中で配線製作プロセスがTESの超伝導転移特性に影響を与えるという問題が生じ、この問題の解決に多大な時間を要した。素子の特性評価は来年度行う予定である。
2.カロリメータ信号の超低温多重化に関する研究
マイクロカロリメータを交流でバイアスすることによって、多数の画素からの信号を超低温(約1K)において少数の信号チャンネルに多重化する研究を進めている。本年度はこれまでの2画素からより多数の信号多重化を行う'ために、読み出し回路の高速化・特にSQUIDの駆動回路のスルーレートを高くする改良と、多重化された信号を復調する回路のパッケージ化をすすめた。SQUIDの駆動回路のスルーレートは入力電流換算で1A/秒でから10A/秒以上へと改善した。また復調回路をモジュール化し多画素への対応を計った。

研究成果

• [文献書誌] Yoshikawa, K., et al.: "Detectability of the Warm/Hot Intergalactic Medium through emission Lines of O VII and O VIII"Publications of the Astronomical Society of Japan. 55・5. 879-890 (2003)
• [文献書誌] Kudo, H., et al.: "High Sensitive X-ray Microcalorimeter Using Bi-Au Microabsorber for Imaging Applications"Japanese Journal of Applied Physics. 43・4. 1190-1195 (2004)
• [文献書誌] Ishisaki, Y., et al.: "Performance analyses of TES microcalorimeters with mushroom shaped X-ray absorbers made of Sn or Bi"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 520・1-3. 452-455 (2004)
• [文献書誌] Morita, U., et al.: "Analyses on the Operating Point Dependence of the Energy Resolution with a Ti/Au TES Microcalorimeter"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 520・1-3. 277-280 (2004)
• [文献書誌] Terracol, S., et al.: "The Non-Equilibrium Response of a High-Resolution Ti/Au X-ray Microcalorimeter"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 520・1-3. 300-302 (2004)
• [文献書誌] Takei, Y., et al.: "Current Dependence of Performance of TES Microcalorimeters and Characteristics of Excess Noise"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 520・1-3. 340-343 (2004)
• [文献書誌] Fujimoto, R., et al.: "TES Microcalorimeter Development for Future Japanese X-ray Astronomy Missions"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 520・1-3. 431-434 (2004)
• [文献書誌] Iyomoto, N., et al.: "Frequency-domain multiplexing of TES microcalorimeter array with CABBAGE"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 520・1-3. 566-569 (2004)
• [文献書誌] Arakawa, T., et al.: "Fabrication of multi-pixel TES microcalorimeters with an electrodeposited Sn Absorber and Bi Absorber"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 520・1-3. 456-459 (2004)
• [文献書誌] Tanaka, K., et al.: "Transition edge X-ray sensors for industrial applications"Physica B : Condensed Matter. 329-333. 1619-1620 (2003)
• [文献書誌] Takei, Y., et al.: "Performance of a bridge-type TES microcalorimeter, excess noise characteristics and dependence of sensitivity on current"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. (in press). (2004)
• [文献書誌] H.Kudo, et al.: "Prototype of the high sensitive X-ray microcalorimeter for X-ray imaging"Sensors and Actuators A : Physical. (in press). (2004)