硬X線偏光観測による超新星残骸での粒子加速機構の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25870347
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 田中 孝明 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (20600406)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 半導体検出器 / 放射線計測 / 高エネルギー宇宙物理 / X線天文学

研究実績の概要

本年度も前年度に引き続きSOI技術を用いたピクセル型検出器(SOIPIX)のエネルギー向上を目指した研究開発を行った。エネルギー分解能は本研究が目指す硬X線観測を実現するには、最も優先すべき開発項目である。
我々は、これまで開発した素子において初段にソースフォロワを用いていたが、これを電荷増幅器に代えることで、できるだけ初段で信号を増幅させ、エネルギー分解能の向上を狙った。前年度において、既にこのような素子の評価を行っているが、一部、素子のレイアウトに誤りがあったので、本年度はこれを修正した素子(XRPIX3b)の評価を進めた。その結果、読み出しノイズとして35 electrons (rms)を達成することができた。また、これまで作成した素子も含めて取得したデータを系統的に解析することで、XRPIX3bのノイズをさらに改善するには後段の回路を改良する必要があることもわかった。
エネルギー分解能を悪化させている原因としては、回路のノイズ性能が不十分であったことの他に、センサー層内における電荷収集効率が低かったことも挙げられる。前年度にこれを調査するためにSPring-8において10ミクロン程度に絞ったX線ビームをSOIPIXの様々な場所に照射する実験を行ったが、今年度は、そのデータの解析を行った。さらに、素子内の電場シミュレーションを行い、解析結果との比較を行った。その結果、読み出し回路の配置がセンサー層での電場に影響することがわかった。逆に、回路の配置を工夫することで電荷収集効率を向上させることができることがわかった。
以上の評価結果をふまえて、新規素子の設計を行い、次世代の硬X線観測用SOIPIXの開発に目処をつけることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Investigation of charge-collection efficiency of Kyoto's X-ray astronomical SOI pixel sensors, XRPIX (2014)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Matsumura, Takeshi Go Tsuru, Takaaki Tanaka, Shinya Nakashima, Syukyo G. Ryu, Ayaki Takeda, Yasuo Arai, Toshinobu Miyoshi
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 765 ページ: 183-186
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.05.025
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Use of a charge-injection technique to improve performance of the Soft X-ray Imager aboard ASTRO-H (2014)
  • 著者名/発表者名: K. K. Nobukawa, T. G. Tsuru, M. Nobukawa, T. Tanaka, H. Uchida, H. Tsunemi, K. Hayashida, N. Anabuki, H. Nakajima, R. Nagino, T. Dotani, M. Ozaki, C. Natsukari H. Tomida, M. Kimura, M. Yamauchi, K. Mori, I. Hatsukade, Y. Nishioka, T. Kohmura, J. S. Hiraga, H. Murakami
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 765 ページ: 269-274
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.05.091
  • 査読あり / 謝辞記載あり