ウィンドレス超伝導X線検出器の開発

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結晶分光器の高エネルギー分解能と半導体検出器の高検出効率を両立する究極の軟X線検出器の実現を目指し、冷却ポリキャピラリーレンズとSTJアレイX線検出素子を組み合わせたウィンドレス超伝導X線検出器の開発を実施している。2022年度は、2021年度に開発したスターリング冷凍機を用いた冷却ポリキャピラリーレンズシステムを走査電子顕微鏡、超伝導X線検出器と組み合わせたシステムを構築した。超伝導検出素子としては、STJアレイX線検出素子表面にアパーチャー構造を作製した素子を用いた。このシステムにより室温黒体輻射による影響の低下が期待されるので、X線ウィンドウを2枚から1枚に減らした。ポリキャピラリーレンズの温度変化に対する効率の変化を調べた。冷却開始時のポリキャピラリーレンズが冷えていない状態では、通常時と同程度の効率であった。これは、スターリング冷凍機の振動等の影響によるX線光学系への悪影響が無いシステムを構築できていることを示している。しかし、レンズの温度が低下するに従い、X線検出効率の低下見られた。最大で50％程度の低下が発生した。一方で、長時間の冷却での効率の低下などは起きておらず、低下の原因は、冷却によるレンズへのガス吸着などが影響していないと考えられる。ポリキャピラリーレンズの温度変化に対するAlのK線に対するエネルギー分解能を評価した。冷却開始前の時点で、通常と同程度のエネルギー分解能を達成していた。このことからアパーチャー構造が黒体輻射を低減していることが分かる。一方で、冷却前の時点で、エネルギー分解能が通常通りの特性を実現していたため、ポリキャピラリーレンズ温度に対するエネルギー分解能の影響は評価できなかった。