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ＴＥＳ型カロリメータのＸ線照射実験

ＴＥＳ型カロリメータのＸ線照射実験. 宇宙物理実験研究室 新井 秀実. 目的. TES カロリメータを用いたＸ線分光について研究 実験室において、Ｘ線源から X 線スペクトル取得をして分解能を得る。. X 線による高精度の宇宙観測へとつなげる。. X 線検出器 → TES 型カロリメータ ( 研究室で作製した素子を使用 ) 冷凍機 → 希釈冷凍機 X 線源 → ５５ Fe Mn Kα 5.9keV Mn Kβ 6.5keV. d log R

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ＴＥＳ型カロリメータのＸ線照射実験

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Presentation Transcript

  1. ＴＥＳ型カロリメータのＸ線照射実験 宇宙物理実験研究室 新井 秀実

  2. 目的 TESカロリメータを用いたＸ線分光について研究 実験室において、Ｘ線源からX線スペクトル取得をして分解能を得る。 X線による高精度の宇宙観測へとつなげる。 X線検出器 → TES型カロリメータ(研究室で作製した素子を使用) 冷凍機 → 希釈冷凍機 X線源 → ５５Fe Mn Kα 5.9keV Mn Kβ 6.5keV

  3. d log R d log T 温度計の感度α = ＴＥＳ型Ｘ線カロリメータ • X線のエネルギーを素子の温度上昇として検出する装置 • エネルギー分解能は素子の熱容量C、温度T、温度計感度αで決まる TES型温度計（TransitionEdgeSensor） 超伝導転移端を温度計として利用 熱容量C X線 RTカーブ 吸収体 熱容量C 温度計 T わずかな温度変化を 大きな抵抗変化として 検出する 低温熱浴 エネルギー分解能 ⊿E∝ ｋ T Ｃ /α 極低温で優れた分解能を発揮する ので極低温に冷やす冷凍機が必要 2 B

  4. TES型X線カロリメータ写真 写真 1 写真3 ＴＥＳ 金でできた X線吸収体 ＴＥＳ 300μm角 180μm角 1.5μm厚 写真4 写真２ 46mm 200μm 線源 Fe 55

  5. 高さ124cm,直径39.4cm 液体Heを50ℓ使用し約50時間の連続循環運転が可能 最低到達温度：60mK 希釈冷凍機 カロリメータの性能を引き出すには極低温での動作が必須 →カロリメータを極低温に冷やせる冷凍機が必要 39.4ｃｍ １２４ｃｍ

  6. X線検出実験 • 転移温度 ：105ｍK • カウント数： 4590count/ １０４９１秒 • 線源：Fe Mn Kα： 5.9keV Mn Kβ： 6.5keV ５５ RT測定結果（X線検出の前にあらかじめ測定） 抵抗 超伝導量子干渉計で測定 （mΩ） 温度(mK)

  7. 実験結果

  8. スペクトル Mn-Kα Mn-Kα（5.9keV） カウント数 FWHM ＝6.9eV Mn-Kβ(6.5keV) エネルギー（eV） Mn-Kβ（分解能固定フィット） ノイズ FWHM ＝4.0eV FWHM ＝6.9eV

  9. 考察 Ｘ線のスペクトルとノイズのエネルギー分解能の差の見積もりを計算した。 であるから が生じる主な原因 • 熱浴の温度的な揺らぎ • Ｘ線の入射位置依存性 → 吸収体に当たる場所で熱の伝わり方が違う

  10. 小さいピクセルの素子では 4.8eVの分解能が得られている。 カウント数 FWHM ＝4.8eV 今回使用したTESよりサイズが 小さいので熱容量が小さい。 エネルギー（eV） 分解能はより良い値が得られている。 エネルギー分解能 今回 吸収体：180μm ⊿E∝ Ｃ の関係 吸収体：120μm （eV） 熱容量（J/K）

  11. 結果 希釈冷凍機を用いることにより、本グループ製作の TES型カロリメータ（TESサイズ300μmの素子）で5.9keVのＸ線について6.9eVの分解能を得ることができた。 今後の目標 素子の改良、環境の改善（磁気シールドなど）からより良い分解能の向上を目指す。

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