| 研究課題/領域番号 |
25247038
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
米徳 大輔 金沢大学, 数物科学系, 准教授 (40345608)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ガンマ線バースト / 初期宇宙 / 人工衛星 / Ｘ線 / 検出器開発 |
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| 研究実績の概要 |
宇宙最大の爆発現象であるガンマ線バーストを利用して、初期宇宙を探査するための人工衛星HiZ-GUNDAMを計画している。本研究は、赤方偏移の効果を強く受けたガンマ線バーストを捉えるための広視野Ｘ線撮像検出器の基礎開発を行うものである。
今年度は300umピッチの１次元電極が６４本配列されたシリコンストリップ検出器を開発した。リーク電流、静電容量、信号電荷のストリップ間分割などの特性が異なる６種類の検出器を開発し、性能と安定性の両面で検証したところ、電極幅として200um前後のものが適切であることを見出した。
さらに検出器からの電荷信号を読み出すための専用のアナログ集積回路（ASIC）の開発を行った。当初は海外の企業と共同開発する予定だったが、担当技術者の退職等で十分な開発が継続できない可能性が出たため、宇宙科学研究所と共同で独自にASICをデザインし、半導体プロセスを行うように開発方針を変更した（研究費の次年度繰越の理由）。本研究で開発したASICは世界的に見ても増幅率の高いものであり、チャレンジングな開発ではあったが、ASIC単体としては目標とする1keVからの読み出しが可能であることを実証できている。
ASICの容量負荷特性を把握したところ、現状のASICを用いて目標とする約1keVからの読み出しを達成するためには、5pF程度の静電容量に抑えるべきであるという指針も得られた。また、回路シミュレータによる検討から、トリガー系の波形整形時間を現状の0.9us程度から3us程度に長くすることで雑音レベルを低減できることも見いだせた。読み出し速度が遅くなる可能性についても検討した上で、次回の開発に反映させる。
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| 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
申請段階で目標としていたシリコンストリップ検出器と読み出し専用ASICの開発が実施できたため、順調に進展していると考えている。
当初の研究内容では、読み出しASICを海外のメーカーと共同で開発する予定であったが、技術担当者の退職で将来的に継続した開発と、その十分なサポートが得られない懸念が出てきたため、宇宙科学研究所のグループと共同で独自の集積回路をデザインするように方針を変更した。それに関する遅延により、研究費の一部を繰り越す必要が生じた。しかしながら、独自の設計を行うことで内容に精通できたことと、共同作業を行える研究者と連携が取れたことから、最終的には当初の計画以上に順調に研究を進めることができるようになったと言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
検出器およびASICの単体性能は評価できたため、今後はそれらを連結することで低エネルギーＸ線の読み出しおよびＸ線撮像を実証する。ランダムにスリットを開けた符号化マスクを検出器前方に配置し、検出器視野や角度応答について定量評価することで、広視野撮像検出器としての機能を実証する。Ｘ線照射については、研究室のＸ線ビームラインを改良して低エネルギーの単色Ｘ線を利用する。
さらに、後段のデジタル回路系（FPGAおよびCPU）の開発を行う。ASICを駆動するための制御回路や、高速駆動できるイメージプロセッサをFPGAに実装することを目標としている。デジタル回路系が完成した段階で、衛星搭載技術の大部分を実証できたことになるため、次々年度の完成を目指して開発を進めたいと考えている。
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