Zoom-in to Black Holes in X-rays: Development of New Concept Interferometer and Polarimetric and High-resolution Spectroscopic Observations

X射线中的黑洞放大：新概念干涉仪以及偏振和高分辨率光谱观测的发展

• 批准号: 20H00176
• 负责人: 林田 清
• 金额: $ 28.54万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00176/
• 关键词: X線干渉計; ブラックホール; 活動銀河核; タルボ効果; Ｘ線撮像; X線光学系; X線タルボ干渉; CMOSピクセル検出器

多重像X線干渉計(MIXIM)の開発にあたり、昨年度までの課題の一つが撮像系としての有効面積であった。MIXIMとは、本質的にはマルチピンホールカメラであり、フレネル回折による像のぼけをタルボ干渉により防ぐというものである。昨年度までは、2枚の回折格子の位相を90度変えて重ね合わせて使用していたので、開口面積に対してX線の透過する面積はわずか4%程度になるという問題があった。そこで我々は、2枚の回折格子の代わりに、コード化マスクパターンを周期的に並べる多重コード化マスクを発案した。開口率が約50%の多重コード化マスクを計4種類製作し、これらを用いた実験をSPring-8 BL20B2において実施した。これらの実験で、多重コード化マスクに対してもタルボ干渉が起こることをはじめて実証した。これにより有効面積は、直交格子の場合に比べて15-26倍と、大幅に向上した。得られた干渉像を最適周期で重ねあわせた像に対してデコードを行い、像の再合成に成功し、角度分解能0.2秒角程度が得られた。MIXIMの検出器としては可視光用のCMOSセンサーを用いている。これまでの実験では、CMOSメーカー提供の検出器回路システムを用いていた。今年度は我々自身でMIXIM用に最適化した回路システムを開発し、これを用いて初めて放射光実験を行った。その結果、問題なくデータ取得が行えることを確認した。実験を通じて回路システムの改良点を洗いだせたことも、今年度の収穫の一つといえる。さらに、検出器の放射線体制の調査も行った。

在开发多图像X射线干涉仪（MIXIM）时，到去年的挑战之一是成像系统的有效领域。 Mixim本质上是一个多针孔摄像机，可防止由Talbot干扰菲涅耳衍射引起的图像模糊。直到去年，两个衍射光栅的阶段被更改为90度并重叠，这导致了一个问题，即X射线传输的区域仅约占光圈面积的4％。因此，我们提出了一个多编码的面膜，该面膜定期安排编码的面膜图案，而不是两个衍射光栅。制造了总共四种类型的多编码掩模，孔径约为50％，并在Spring-8 BL20B2上进行了实验。这些实验首次证明了Talbot干扰即使是针对多编码掩模也会发生的。与正交晶格相比，这显着提高了有效面积的15-26倍。在最佳时期叠加的图像上，获得的干扰图像被解码，并成功重新组合图像，从而导致角度分辨率约为0.2弧秒。 Mixim检测器使用CMOS传感器可见光。先前的实验使用了CMOS制造商提供的检测器电路系统。今年，我们开发了一种针对MixIM进行了优化的电路系统，并首次使用它进行了同步辐射实验。结果，已经确认可以在没有任何问题的情况下获取数据。今年的好处之一是，我们能够通过实验确定电路系统的改进。此外，我们研究了检测器的辐射状态。

项目成果

Subsub-arcseconds x-ray imaging with multi-image x-ray interferometer module (MIXIM): experimental results

• DOI: 10.1117/12.2560772
• 发表时间: 2020-12
• 作者: K. Asakura;K. Hayashida;T. Hanasaka;T. Kawabata;T. Yoneyama;H. Noda;S. Sakuma;K. Okazaki;A. Ishikura;M. Hanaoka;S. Ide;K. Hattori;H. Matsumoto;H. Tsunemi;H. Awaki;H. Nakajima;J. Hiraga

可視光用微小ピクセルCMOS検出器の荷電粒子に対する応答評価

小像素 CMOS 探测器可见光对带电粒子的响应评估

• 发表时间: 2021
• 作者: 朝倉一統;林田清;佐久間翔太郎;澤上拳明;米山友景;野田博文;松本浩典;小高裕和;丹波翼;高橋弘充;中嶋大;羽鳥聡;久米恭;水嶋慧
• 通讯作者: 水嶋慧

多重化コード化マスクの導入によるMIXIMの有効面積拡大(2)

通过引入复用编码掩码扩大MIXIM的有效区域（2）

• 发表时间: 2021
• 作者: 石倉彩美;林田清;朝倉一統;佐久間翔太郎;米山友景;澤上拳明;鴨川航;岡崎貴樹;野田博文;花岡真帆;服部兼吾;松下友亮;峯田大靖;善本真梨那;大出優一;袴田知宏;松本浩典
• 通讯作者: 松本浩典

微小ピクセル CMOSセンサによるX線検出データ処理システムの開発

使用微像素CMOS传感器开发X射线检测数据处理系统

• 发表时间: 2020
• 作者: 佐久間翔太郎;林田清;朝倉一統;石倉彩美;米山友景;岡崎貴樹;野田博文;松本浩典;小高裕和
• 通讯作者: 小高裕和

多重化コード化マスクの導入によるMIXIMの有効面積拡大

通过引入复用编码掩码扩大MIXIM的有效区域

• 发表时间: 2020
• 作者: 石倉彩美;林田清;朝倉一統;佐久間翔太郎;米山友景;岡崎貴樹;野田博文;花岡真帆;服部兼吾;澤上拳明;松下友亮;峯田大靖;松本浩典
• 通讯作者: 松本浩典