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2019 年度 実施状況報告書

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

研究課題/領域番号 18K18767
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
キーワードX線蛍光分析 / 3次元撮像 / X線撮像装置 / CMOSピクセル検出器 / 符号化マスク / コード化マスク
研究実績の概要

X線蛍光分析は、非破壊分析の重要な手段で、試料に含まれる元素組成を知る最良の方法である。さらに撮像機能を付加し、元素の分布まで測定する装置も実現されているが、X線ビームを試料上でスキャンする方式で、装置は大型、高価になっている。本研究は、X線蛍光分析の3次元撮像を、コンパクトなシステムで実現することを目標にしている。位置検出能力と分光性能を兼ね備えたX線検出器と、コード化マスクを組み合わせた構成で、撮像分光を行う。
我々は、可視光用に開発されたCMOSピクセル検出器に着目した。この種の検出器の性能向上は著しく、常温でも個々のX線光子のエネルギーを測定できるほど低雑音の製品も供給されだしている。我々は、グローバルシャッターを採用したCMOSピクセル検出器としては、世界最小ピクセルサイズを持つ素子に対して、実際にX線照射実験を行い、データ処理アルゴリズムを開発することで、5.9keVのX線に対して176eV(FWHM)の分解能で分光できることを示した。さらに同じ素子でX線偏光も測定できることを示している。常温で動作可能という点は、装置のサイズを抑える上で本質的に重要である。
この検出器を用いて、ピンホールを通した蛍光X線データを測定して、試料上の様々な金属を1mm以下の解像度で撮像できる(Feの分布、Cuの分布などをそれぞれ示す画像を取得)ことを実証した。コード化マスクを用いた撮影と像再合成は、まず、可視光による撮影で実験、ソフトウェアの開発を行った。続いて、X線照射実験も実施し期待されるパターンの画像が得られている。像再合成と解像度評価の作業を現在すすめている。なお、再合成は、対象の距離を仮定して行う。様々な距離に仮定して再合成した情報をあわせることで、3次元情報を得る方針である。
本研究は、科学、工業の幅ひろい分野で応用が期待される。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

CMOS検出器によるX線検出に成功し、これが有効に活用できることがわかり、ピンホールによる蛍光X線画像取得にも成功している。コード化マスクによって期待される像が得られるところまでは確認できているが、像の再合成のプログラム作成に時間がかかっており、当初目標の期限に再合成像コード化マスクはX線天体のような無限遠の対象の観測に対しては確立した手法になっているが、近距離の対象に対してはアルゴリズムの改良が必要である。この作業及び具体的なプログラム作成に、当初想定した以上の時間がかかり期間延長した点をもって、"やや遅れている"の判定とした。

今後の研究の推進方策

研究は最終段階にあり、像再合成のプログラムを完成させることにつきる。これをすすめていきたい。

次年度使用額が生じた理由

これまでの実験をもとに最適化したコード化マスクの製作と、最終的な、評価試験。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Inverse First Ionization Potential Effects in Giant Solar Flares Found from Earth X-Ray Albedo with Suzaku/XIS2020

    • 著者名/発表者名
      Katsuda S.、Ohno M.、Mori K.、Beppu T.、Kanemaru Y.、Tashiro M. S.、Terada Y.、Sato K.、Morita K.、Sagara H.、Ogawa F.、Takahashi H.、Murakami H.、Nobukawa M.、Tsunemi H.、Hayashida K.、Matsumoto H.、Noda H.、Nakajima H.、Ezoe Y.、Tsuboi Y.、Maeda Y.、Yokoyama T.、Narukage N.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 891 ページ: 126~126

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab7207

    • 査読あり
  • [雑誌論文] X-ray imaging polarimetry with a 2.5-μm pixel CMOS sensor for visible light at room temperature2019

    • 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 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 satellite2019

    • 著者名/発表者名
      Kanemaru Y.、Sato J.、Mori K.、Nakajima H.、Nishioka Y.、Takeda A.、Hayashida K.、Matsumoto H.、Iwagaki J.、Okazaki K.、Asakura K.、Yoneyama T.、Uchida H.、Okon H.、Tanaka T.、Tsuru T.G.、Tomida H.、et al.
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 14 ページ: C04003~C04003

    • DOI

      10.1088/1748-0221/14/04/C04003

    • 査読あり
  • [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 Images2019

    • 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 temperature2019

    • 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

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公開日: 2021-01-27  

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