CMOSイメージセンサーで切り開くX線撮像分光の新たな地平

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25870181
• 研究機関: 関西学院大学
• 研究代表者: 平賀 純子 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (00446527)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: X線 / 撮像分光検出器 / CMOSイメージセンサ / フォトンカウンティング

研究実績の概要

X線CCDは、高い空間分解能と元素を弁別できる中程度のエネルギー分解能を併せ持つ撮像分光検出器として、X線天文分野において活躍してきた。CMOSイメージセンサーは、信号読み出しに数秒かかるというCCDの難点を1000倍程の高速読み出して解決できる可能性を秘めたデバイスである。そこで、本研究では、可視光用に開発された低ノイズCMOSイメージセンサを用いて、X線光子計数による撮像と分光の能力を世界で初めて検証することを目指した。

用いたCMOSイメージセンサーは、アンドールテクノロジー社製、Zyla sCMOS カメラ である。
本年度前半は、研究代表者の所属変更に伴い、新任地での研究設備の整備に時間を割いた。後半は、前年度購入済みのZyla sCMOS カメラのセットアップ、基礎動作確認を経て、前年度改修を施したオンボードFPGA処理の改修効果の機能検証を実施した。用いたX線限は55FeからのMn-Ka(5.9keV)とMn-Kb(6.5keV)である。QL解析の結果、単一X線光子から生成される信号電荷が単一画素に収まりきらず、複数画素にまたがって検出されている例（X線イベント）が多数見られた。これらの結果は、学部４年生の卒業研究としてまとめあげた。次に、ADCを16bitにしたデータ取得を試みることと、エネルギーの低いX線を入射X線限として用いるための二次ターゲット式のX線発生装置開発を進めている。必要な装置、材料の入手を完了したので、次年度も引き続きCMOSイメージセンサを用いたX線撮像分光の性能検証実験を進めたい。

研究成果

• [雑誌論文] Evidence for Thermal X-Ray Line Emission from the Synchrotron-dominated Supernova Remnant RX J1713.7-3946 (2015)
  • 著者名/発表者名: Katsuda Satoru, Acero Fabio, Tominaga Nozomu, Fukui YAsuo, Hiraga Junko S. 他１２人
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal, Volume 814, Issue 1, article id. 29, 11 pp. 巻: 814 issue 1 ページ: 11
  • DOI: 10.1088/0004-637X/814/1/29
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Suzaku X-Ray Observations of the Fermi Bubbles: Northernmost Cap and Southeast Claw Discovered With MAXI-SSC (2015)
  • 著者名/発表者名: Tahara, M, Kataoka J, Takeuchi, Y., Totani,T., Sohue, Y., Hiraga, J.S.,他５人
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal, 巻: 802-2 ページ: 13
  • DOI: 10.1088/0004-637X/802/2/91
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Suzaku observations of the old pulsar wind nebula candidate HESS J1356-645 (2015)
  • 著者名/発表者名: Izawa, Masaharu; Dotani, Tadayasu; Fujinaga, Takahisa; Bamba, Aya; Ozaki, Masanobu; Hiraga, Junko S.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 67-3 ページ: 438
  • DOI: 10.1093/pasj/psv013
  • 査読あり