超伝導トンネル接合素子を用いた宇宙X線検出器の開発

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本年度は研究の最終年度であり、超伝導トンネル接合検出器(STJ)のエネルギー分解能の向上と、撮像性能を検証するための実験を進めた。用いたSTJ素子は新日鉄・倉門の製作したものである。まず、エネルギー分解能の向上にはアンプノイズを減らすことが最も重要である。このため低温でSTJをつないで動作したときにノイズが最も小さなFETとして、2SK190というFETを選択した。これを単接合素子につないで測定したところ、5.9keVに対して、112eV(FWHM)というエネルギー分解能を得ることができた。これはSTJのベストレコード29eVからは遠いが、半導体検出器をしのぐ性能である。直列接合素子を用いて位置分解能の測定を行った。信号レベルが小さくAm241のα線のみの測定ではあるが、入射位置によりライズタイムが変化することを使って0.3-0.5mm程度の位置分解能が得られることを確認した。この3年間のSTJの開発実験から素子としての基本性能を確認するとともに、宇宙X線観測へ応用していくためにはさまざまなハードルが存在することも明らかとなった。特にすべての条件がベストの状態でそろえば将来は強力な検出器になると考えられるものの、まだ安定して優れた素子を供給できる技術が整っていないことが大きな問題である。素子作りに重点を置いた基礎実験を、まだしばらく続ける必要があると考えられる。