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2019 年度 実施状況報告書

CPU組み込みFPGAを用いたガンマ線リアルタイムイメージング手法の研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K14742
研究機関宮崎大学

研究代表者

武田 彩希  宮崎大学, 工学部, 助教 (40736667)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワードガンマ線イメージング / コンプトンカメラ / リアルタイム / 電子飛跡型 / X線ガンマ線天文学
研究実績の概要

本研究の最終目的は,発展途上の電子飛跡型半導体コンプトンカメラを実現させることである。研究代表者が研究開発を進めてきた「イベント駆動型SOIPIX」を用いることで,少数のガンマ線検出で到来方向を決定することが可能となり,カメラとしての性能が大きく飛躍する。本研究課題では,CPU組み込みFPGAによるオンボードデータ処理を実装することにより,課題であるリアルタイム性を躍進させる手法の研究開発を進める。初年度は,下記の成果を得た。

1)CPU組み込みFPGA「Zynq」搭載評価基板の準備とデータ処理アルゴリズムの実装検討:実際にCPU組み込みFPGAによるZynq搭載評価基板を準備した。それを用いてデータ処理アルゴリズムを実装するための検討を進めた。そして,実際に動作させていくために必要な課題要素の洗い出しを進めた。
2)ガンマ線イメージングのためのセンサ「イベント駆動SOIPIX」の研究開発:本研究はガンマ線リアルタイムイメージングのための手法の研究を目的とするが,実機による評価も重要なところである。イベント駆動型SOIPIXの新しい大面積素子,そして,新しいセンサ構造の素子のプロトタイプを評価し,問題なく正常に動作し性能が向上していることを確認した。さらに,共に常温で動作させることができ,コンプトンカメラとして稼働させるために必要な条件も達成することができた。

これらの研究成果は,日本物理学会や国際学会で発表し,また,論文の出版も行なった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

CPU組み込みFPGAであるZynq搭載評価基板の準備とデータ処理アルゴリズムを実装していくための検討を進めることができた。また,ガンマ線イメージングのためのセンサであるイベント駆動SOIPIXの大面積素子の評価試験を進め,正常に動作することが確認できた。新しいセンサ構造のプロトタイプの開発と評価試験も進み,測定性能が向上した。共に常温で動作させることができ,コンプトンカメラとして稼働させるために必要な条件も達成することができた。これらにより,ガンマ線リアルタイムイメージングのデータ処理手法を研究する準備を整った。よって,計画を遂行する上で順調な進展があったと言える。

今後の研究の推進方策

今後は,Geant4シミュレーションを進めて,コンプトン散乱による反跳電子の方向ベクトル決定精度を向上させるためのデータ処理モデルの検討と構築を進めていく。また,CPU組み込みFPGAであるZynq搭載評価基板を用いて,実機によるデータ処理アルゴリズムの検討と構築を進めていく。そして,イベント駆動型SOIPIXの実機測定データにより,処理モデルの評価を行う。これらにより,ガンマ線リアルタイムイメージングの手法研究を進めていく。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた評価基板の購入に一部変更があったため,次年度使用額が生じた。次年度に購入予定だった評価基板への使用分を減らすことで調整できるので,当初申請した使用計画への支障はない。

  • 研究成果

    (11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 (8件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Simulation study on SOI based electron tracking Compton camera using deep learning method2020

    • 著者名/発表者名
      Kenji Shimazoe, Ayaki Takeda, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 15 ページ: C02010

    • DOI

      10.1088/1748-0221/15/02/C02010

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Subpixel response of SOI pixel sensor for X-ray astronomy with pinned depleted diode: first result from mesh experiment2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuho Kayama, Ayaki Takeda, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 14 ページ: C06005

    • DOI

      10.1088/1748-0221/14/06/C06005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sub-pixel response of double-SOI pixel sensors for X-ray astronomy2019

    • 著者名/発表者名
      Koichi Hagino, Ayaki Takeda, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 14 ページ: C10023

    • DOI

      10.1088/1748-0221/14/10/C10023

    • 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 38: X 線 SOI ピクセル検出器の軟 X 線性能評価2019

    • 著者名/発表者名
      児玉涼太,鶴剛,田中孝明,内田裕之,佳山一帆,天野雄輝,武田彩希,森浩二,西岡祐介、日田貴熙,行元雅貴,川人祥二,安富啓太,亀濱博紀,新井康夫,倉知郁生,幸村孝由,萩野浩一,林田光揮,北島正隼
    • 学会等名
      日本天文学会 2019年 秋季年会
  • [学会発表] SOI 技術を用いた新型 X 線撮像分光器の開発 39: 新規構造を導入した X 線 SOI ピクセル検出器の放射線耐性の評価2019

    • 著者名/発表者名
      林田光揮,幸村孝由,萩野浩一,大野顕司,根岸康介,鑓田敬吾,北島正隼,鶴剛,田中孝明,内田裕之,佳山一帆,天野雄輝,児玉涼太,森浩二,武田彩希,西岡祐介,日田貴熙,行元雅貴,新井康夫,倉知郁生,濱野毅,北村尚,川人祥二,安富啓太,亀濱博紀
    • 学会等名
      日本天文学会 2019年 秋季年会
  • [学会発表] SOI 技術を用いた新型 X 線撮像分光器の開発 40: イベント駆動読み出しにおけるヒットパターン処理回路の評価2019

    • 著者名/発表者名
      日田貴熙,武田彩希,行元雅貴,西岡祐介,森浩二,鶴剛,田中孝明,内田裕之,佳山一帆,天野雄輝,児玉涼太,新井康夫,倉知郁生,幸村孝由,萩野浩一,林田光揮,北島正隼
    • 学会等名
      日本天文学会 2019年 秋季年会
  • [学会発表] Performance Improvement of the Event-Driven SOI Pixel Detectors for X-ray Astronomy2019

    • 著者名/発表者名
      A. Takeda, K. Mori, Y. Nishioka, M. Yukumoto, T. Hida, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, K. Kayama, Y. Amano, H. Matsumura, Y. Arai, I. Kurachi, T. Kohmura, K. Hagino, S. Kawahito, K. Kagawa, K. Yasutomi, S. Nakanishi, H. Kamehama
    • 学会等名
      21st International Workshops on Radiation Imaging Detectors (iWoRiD2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement and Evaluation of the Event-driven SOI Pixel Detector with Pattern Processing Circuit for X-ray Astronomy2019

    • 著者名/発表者名
      A. Takeda, K. Mori, Y. Nishioka, M. Yukumoto, T. Hida, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, K. Kayama, Y. Amano, R. Kodama, Y. Arai, I. Kurachi, T. Kohmura, K. Hagino, M. Hayashida, S. Kawahito, K. Yasutomi, H. Kamehama
    • 学会等名
      12th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance evaluation of recoil electron track detection with an electron tracking Compton camera using an SOI pixel sensor2019

    • 著者名/発表者名
      H. Katagiri, M. Kagaya, N. Tojo, Y. Arai, T. Uchida, A. Takeda, T. G. Tsuru
    • 学会等名
      12th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Radiation Damage Effects on Double-SOI Pixel Sensors for X-ray Astronomy2019

    • 著者名/発表者名
      K. Hagino, K. Yarita, M. Kitajima, K. Negishi, K. Oono, M. Hayashida, T. Kohmura, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, K. Kayama, Y. Amano, R. Kodama, A. Takeda, Y. Nishioka, M. Yukumoto, T. Hida, Y. Arai, I. Kurachi, T. Hamano, H. Kitamura
    • 学会等名
      12th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
    • 国際学会
  • [学会発表] Soft X-ray Trigger Performance of X-ray Astronomy SOI Pixel Sensors, "XRPIX"2019

    • 著者名/発表者名
      R. Kodama, T. G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, K. Kayama, Y. Amano, A. Takeda, K. Mori, Y. Nishioka, T. Hida, M. Yukumoto, S. Kawahito, K. Yasutomi, H. Kamehama
    • 学会等名
      12th International "Hiroshima" Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors (HSTD12)
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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