マイクロカロリメータアレイを用いた軟X線顕微鏡受光素子の開発

使用微热量计阵列开发软X射线显微镜光电探测器

• 批准号: 17760689
• 负责人: 大野 雅史
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: The University of Tokyo (2006)The Institute of Physical and Chemical Research (2005)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760689/
• 关键词: 超伝導; マイクロカロリメータ; シングルフォトン; 軟X線顕微鏡; 超伝導転移端; 高エネルギー分解能

放射線入射による温度上昇を超伝導転移領域中の急峻な温度抵抗変化を用いて高感度に検出する超伝導転移端マイクロカロリメータ(TES : Transition Edge Sensor)は軟X線シングルフォトンを高効率かつ優れたエネルギー分解能で検出しうるスペクトロメータであり、白色軟X線を用いた透過型X線顕微鏡の受光素子にこのTESを適用することで、優れた解像度と共にエネルギー吸収端計測から元素・分子分布解析をもリアルタイムに行える動的生理状態観察システムの実現が期待される。本研究では、軟X線顕微鏡受光素子に適用可能なイメージング検出器の実現を目指し、TESピクセルのアレイ化及び信号読み出し技術の開発を進めた。今年度はイリジウム超伝導薄膜製のTESピクセルアレイを作製し、全ピクセルに並列バイアスを印加して各ピクセルからの電流をまとめて一つのSQUIDアレイで信号増幅を行う独自のTESアレイ信号読み出し法において入射ピクセル特定の精度を向上させる手法を構築した。本手法では各ピクセルでの熱特性の微妙な違いにより生じる信号波形の変化を検出し入射ピクセルを特定するものである。各ピクセルを小型化ししかも大きさをピクセル毎に意図的に変化させた素子を試作し、このアレイ素子をSPring-8及びKEK-PFにて得られる単色X線マイクロビーム(径50μm以下)を用いて走査しピクセル毎の詳細な信号応答を測定したところ、応答波形が入射ピクセル毎に変化していることが確認され、ゆえに各ピクセル形状を系統的に変化させることで意図的に波形を制御することに成功した。本研究で開発された波形制御手法は軟X線顕微鏡受光素子として適用しうるイメージングTESアレイ素子において読み出し可能なピクセル数を飛躍的に増大させるために必要不可欠かつ最も合理的な手法と考えられる。

超导过渡边缘微升力计（TE），该微量升力计（TES）通过使用超导转换区域的温度抗性突然变化而检测到辐射入射而引起的温度升高是一个频谱仪，它可以检测具有高效率和出色能量分辨率的软X射线单光子。通过使用白色软X射线将此TE应用于传输型X射线显微镜的光接收元件，可以预期，动态生理状态观察系统可以实时进行出色的分辨率以及能量吸收边缘测量的元素和元素和分子分布分析。在这项研究中，我们旨在实现一个可以应用于软X射线显微镜光电电视器的成像检测器，并开发了用于阵列TES像素和信号读数的技术。今年，我们创建了一个由虹膜超导薄膜制成的TES像素阵列，并构建了一种独特的TES阵列信号读数方法，其中将平行偏置应用于所有像素，以使用单个squid阵列使用信号从每个像素中共同从每个像素中放大电流。该方法检测到由每个像素的热特性细微差异引起的信号波形的变化，并指定了入射像素。我们制作了一个原型设备，在其中制作了每个像素的每个像素，每个像素有意更改大小，并使用单色X射线微束（直径为50μm或更少）通过Spring-8和Kek-PF获得的阵列设备，以测量每个像素的详细信号响应，并确认响应波浪的详细信号响应。像素，波形是有意控制的。在这项研究中开发的波形控制方法被认为是在成像阵列元件中可读取的像素数量可读取的必不可少的方法，可以用作软X射线显微镜光感受器。

项目成果

Development of a low energy particle detector using a superconducting transition edge sensor

使用超导跃迁边缘传感器开发低能粒子探测器

• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A (印刷中)
• 作者: Tsutsui;Y.;Morishita;T.;Natsume;T.;Yamashita;K.;Iwasaki;H.;Yamao;F.;H.Shinagawa;Tsuyoshi Tamate;Tsuyoshi Tamate;Masashi Ohno;大野 雅史;Masashi Ohno
• 通讯作者: Masashi Ohno

低温検出器-TES(Transition Edge Sensor)-

低温检测器-TES(Transition Edge Sensor)-

• 发表时间: 2007
• 期刊: 平成19年電気学会全国大会講演論文集 7-S9
• 作者: Tsutsui;Y.;Morishita;T.;Natsume;T.;Yamashita;K.;Iwasaki;H.;Yamao;F.;H.Shinagawa;Tsuyoshi Tamate;Tsuyoshi Tamate;Masashi Ohno;大野 雅史
• 通讯作者: 大野 雅史

Low energy particle detector using a superconducting transition edge sensor

使用超导跃迁边缘传感器的低能粒子探测器

• 发表时间: 2007
• 期刊: IEEE Transaction on Applied Superconductivity (in press)
• 作者: Tsutsui;Y.;Morishita;T.;Natsume;T.;Yamashita;K.;Iwasaki;H.;Yamao;F.;H.Shinagawa;Tsuyoshi Tamate;Tsuyoshi Tamate;Masashi Ohno
• 通讯作者: Masashi Ohno