陽電子消滅法のための超伝導転移端マイクロカロリメータの開発

本研究では、超伝導転移端センサ(TES)上に超伝導吸収体を載せた構造からなる、ガンマ線マイクロカロリメータの開発を行った。吸収体として鉛や錫などの超伝導体を用いることとした。超伝導体を吸収体に選ぶことで、超伝導吸収体のサイズ、TESとの間の熱的な結合、ならびに、TESと熱浴の間の熱的な結合を最適化することで、従来の半導体検出器を大きく上回る高いエネルギー分解能の実現を目指すとともに、TESに与えるバイアス電圧を信号の検出に合わせて動的に変化させることにより検出器の高速化を目指す研究を行った。まず、Ir超伝鱒体からなるTESの上に0.7mm x 0.7mm x 0.75mmの鉛吸収体を搭載し、さらにIr-TESと熱浴間の熱コンダクタンスを十分小さくとることで、減衰時間1.9ミリ秒の高速応答を可能とし、従来の信号減衰時間を5倍以上縮めることに成功した。しかし、エネルギー分解能は9.2keVと従来のものよりも悪かった。この理由としては、Ir-TESと吸収体を接続している、エポキシの部分の形状制御が難しく、製造技術に熟練する必要があったためであると考え、種々の吸収体-TES間の接続を試みた。吸収体としてやはり、鉛を用い、導電性エポキシの支柱を立ててTESと吸収体を結合するものである。本素子は減衰時間が140マイクロ秒と十分高速な応答を示すことが分かった。一方、錫は素性の良い超伝導体であり、本TESと組み合わせた結果、信号の減衰時間は6.6ミリ秒と長かったものの、485eV(@60keV)程度のエネルギー分解能が得られ、既にGe半導体検出器を超える値が得られた。

本研究では、超伝導転移端センサ(TES)上に超伝導吸収体を載せた構造からなる、ガンマ線マイクロカロリメータの開発を行った。吸収体として鉛や錫などの超伝導体を用いることとした。超伝導体を吸収体に選ぶことで、超伝導吸収体のサイズ、TESとの間の熱的な結合、ならびに、TESと熱浴の間の熱的な結合を最適化することで、従来の半導体検出器を大きく上回る高いエネルギー分解能の実現を目指すとともに、TESに与えるバイアス電圧を信号の検出に合わせて動的に変化させることにより検出器の高速化を目指す研究を行った。まず、Ir超伝鱒体からなるTESの上に0.7mm x 0.7mm x 0.75mmの鉛吸収体を搭載し、さらにIr-TESと熱浴間の熱コンダクタンスを十分小さくとることで、減衰時間1.9ミリ秒の高速応答を可能とし、従来の信号減衰時間を5倍以上縮めることに成功した。しかし、エネルギー分解能は9.2keVと従来のものよりも悪かった。この理由としては、Ir-TESと吸収体を接続している、エポキシの部分の形状制御が難しく、製造技術に熟練する必要があったためであると考え、種々の吸収体-TES間の接続を試みた。吸収体としてやはり、鉛を用い、導電性エポキシの支柱を立ててTESと吸収体を結合するものである。本素子は減衰時間が140マイクロ秒と十分高速な応答を示すことが分かった。一方、錫は素性の良い超伝導体であり、本TESと組み合わせた結果、信号の減衰時間は6.6ミリ秒と長かったものの、485eV(@60keV)程度のエネルギー分解能が得られ、既にGe半導体検出器を超える値が得られた。