Development of Compton camera for high-resolution and polarization X-ray spectroscopy

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宇宙におけるX線精密分光を実現するために、超伝導遷移端検出器は次世代の非分散型の分光器の重要なテクノロジーの一つである。超伝導遷移端検出器は、超伝導から常伝導に変化するときの抵抗値の飛びをセンサーとして用いるもので、X線帯域でのエネルギー分解能において半導体検出器を20倍ほど超えるレベルまで高めることができる。しかし、その動作温度は超伝導体が遷移する100mK程度と低く、極低温実験の様々な技術が必要になる。読み出しが可能な素子数を増やすためには、信号線の帯域として、4GHzから8GHzの極低温HEMTアンプが増幅できる帯域を活用し、多重化された信号を復調して読み出す事ができる。将来の偏光観測やコンプトンイベントの活用においては、エネルギー帯域の拡大と多画素化は本質的に重要であり、これまでに約40画素を同時に駆動し、優れたエネルギー分解能の実現に成功した。これをベースラインの設計とし、読み出し方式を改良し、約80画素読み出せるセットアップを組み、信号の取得の確認までできた。読み出し装置の室温部分は、大規模なFPGAと1Gサンプル14bitのAD変換器が使われており、マイクロ波をダウンコンバートして帯域を狭めた後に高速でA/D変換を行い、高速で処理する設計となっており、簡易的な放射線計測器を用いたX線の観測なども行い、性能評価も行い、予定通りに動作していることを検証することも確認できている。多画素の複数のトリガーイベントを処理する上での基本的な波形処理の標準的な動作は可能となり、機械学習を用いた波形弁別の効率的な手法についての研究も進めた。次世代の室温読み出しのためのデジタル回路の検討も行い、組み込みCPUの選定から開発方法などの検討を進めた。