ウィンドレス超伝導X線検出器の開発

无风超导X射线探测器研制

基本信息

批准号：
21H03754
负责人：
藤井剛
金额：
$ 7.16万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03754/
关键词：
X線検出器超伝導ウィンドレス SEM-EDS

项目摘要

結晶分光器の高エネルギー分解能と半導体検出器の高検出効率を両立する究極の軟X線検出器の実現を目指し、冷却ポリキャピラリーレンズとSTJアレイX線検出素子を組み合わせたウィンドレス超伝導X線検出器の開発を実施している。2022年度は、2021年度に開発したスターリング冷凍機を用いた冷却ポリキャピラリーレンズシステムを走査電子顕微鏡、超伝導X線検出器と組み合わせたシステムを構築した。超伝導検出素子としては、STJアレイX線検出素子表面にアパーチャー構造を作製した素子を用いた。このシステムにより室温黒体輻射による影響の低下が期待されるので、X線ウィンドウを2枚から1枚に減らした。ポリキャピラリーレンズの温度変化に対する効率の変化を調べた。冷却開始時のポリキャピラリーレンズが冷えていない状態では、通常時と同程度の効率であった。これは、スターリング冷凍機の振動等の影響によるX線光学系への悪影響が無いシステムを構築できていることを示している。しかし、レンズの温度が低下するに従い、X線検出効率の低下見られた。最大で50％程度の低下が発生した。一方で、長時間の冷却での効率の低下などは起きておらず、低下の原因は、冷却によるレンズへのガス吸着などが影響していないと考えられる。ポリキャピラリーレンズの温度変化に対するAlのK線に対するエネルギー分解能を評価した。冷却開始前の時点で、通常と同程度のエネルギー分解能を達成していた。このことからアパーチャー構造が黒体輻射を低減していることが分かる。一方で、冷却前の時点で、エネルギー分解能が通常通りの特性を実現していたため、ポリキャピラリーレンズ温度に対するエネルギー分解能の影響は評価できなかった。

无风超导X射线系统结合了冷却多毛细管透镜和STJ阵列X射线探测，旨在实现结合晶体光谱仪的高能量分辨率和半导体探测器的高探测效率的终极软X射线探测器我们正在开发一种探测器。 2022 年，我们构建了一个系统，将使用 2021 年开发的斯特林制冷机的冷却多毛细管透镜系统与扫描电子显微镜和超导 X 射线探测器相结合。作为超导检测元件，使用在STJ阵列X射线检测元件的表面制作有孔径结构的元件。该系统预计可以减少室温黑体辐射的影响，因此我们将 X 射线窗口的数量从两个减少到一个。我们研究了多毛细管透镜的效率随温度变化的变化。当多毛细管透镜在冷却开始时未冷却时，效率与正常条件下的效率相当。这表明我们已经能够构建一个系统，其中X射线光学系统不会受到斯特林制冷机振动的不利影响。然而，随着透镜温度降低，X射线检测效率降低。最大下降幅度约为 50%。另一方面，效率并没有因长期冷却而降低，并且认为降低的原因不是由于冷却而导致透镜上的气体吸附。我们评估了 Al K 线相对于多毛细管透镜温度变化的能量分辨率。在冷却开始之前，获得了与正常情况相当的能量分辨率。这表明孔径结构减少了黑体辐射。另一方面，由于能量分辨率在冷却前达到正常特性，因此无法评估能量分辨率对多毛细管透镜温度的影响。