高エネルギー分解能硬Ｘ線分光検出器によるトリウム２２９の核異性準位決定

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トリウム229異性体準位は20 eV以下と考えられており、正確に測定する方法としてトリウム229の29.19 keVから基底準位と異性体準位に遷移する二本のガンマ線を直接測定する方法がある。そこで私は、超伝導遷移端(TES)カロリメータの検出器を用いて29 keVで15 eVの分解能を有する素子の開発とトリウム229異性体準位の測定を行なった。29 keVのエネルギーを測定するために、TES素子サイズを従来の２倍の大きさである400 μm角とし吸収体の厚みを4.0 μmに変更して熱容量を増加させ、エネルギー帯域を51 keVまで拡大させた。この素子を用いて実験室系で評価試験を行なったところ、26 keVに対して20 eVの分解能を示した。そしてJAEAで233U線源源の照射環境下で素子の性能を評価すると、26 keVに対して44 eVに分解能が劣化しており、その要因は線源から放射されるガンマ線等によるTES素子の熱揺らぎであることが分かった。分解能が不十分であるため、29.19 keVの二本のガンマ線を分離することが出来ず、97.1 keVから始まる崩壊系列を使用して異性体準位を見積もった。その結果、統計誤差と系統誤差を含めて8.4_(-5.8)^(+7.2)±9.5 eVの値を得た。JAEAの試験から統計誤差を改善するために、TESカロリメータの分解能の向上、素子の熱揺らぎによるノイズの抑制、トリウム229ラインの統計数の増加を行なった。再設計したTESカロリメータとコリメータを低温ステージに搭載し、東北大学で試験を行なった。動作できた３素子について241Am線源を使用して65 mKの動作温度で分解能を評価した結果、26 keVのエネルギーに対して18 eVの分解能を示し、分解能を向上させた素子の開発を行うことができた。