強誘電体素子を応用した新しい方式のX線検出用マイクロカロリーメーター

一种利用铁电元件进行X射线检测的新型微量热计

基本信息

批准号：
11780376
负责人：
前畑京介
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

極低温において誘電率が温度に対して強い依存性を示す強誘電体を利用すると、X線のエネルギー吸収に伴う温度上昇を、極低温においてある直流バイアス電圧が印加された強誘電体素子の静電容量変化に伴う電荷量として精度良く測定することが期待される。昨年度の研究で、誘電体マイクロカロリーメーターへの応用が期待されるSrTa_2O_6の含有量xをパラメーターとした(1-x)SrTiO_3_xSrTa_2O_6試料を作製し、小型の希釈冷凍機を用いて100mKから1.5Kの温度領域において作製した試料の静電容量温値を評価した。測定結果より、100mK近傍において、x=1.0%のMnCO_3添加(1-x)SrTiO_3_xSrTa_2O_6誘電体試料は、非常に大きな静電容量温度変化率を有し、誘電体マイクロカロリーメーターへの応用が期待されることを示した。そこで本年度は、x=1.0%のMnCO_3添加(1-x)SrTiO_3_xSrTa_2O_6誘電体試料を用いて、厚さ0.15mm、幅1mm、長さ2mmの形状を有し、室温における静電容量が約40pFの誘電体マイクロカロリーメーター素子を試作した。希釈冷凍機を用いてこのマイクロカロリーメーター素子の100mKから1.5Kの温度領域における静電容量温度依存性を測定し、100mK近傍において静電容量温度変化率を有することを確認した。さらに、マイクロカロリーメーターを動作する際に必要となる高精度の温度制御システムを検討した。検討した結果、PID制御に基づく温度制御システムを設計・試作し、誘電体マイクロカロリーメーターによる粒子線検出実証試験の準備を行った。

通过使用介电常数在低温下表现出强烈的温度依赖性的铁电材料，可以通过在低温下施加一定的DC偏压的铁电元件的静电来抑制由于X射线能量吸收而导致的温度上升预计该方法将能够准确测量与电容变化相关的电荷量。去年的研究中，我们制备了(1-x)SrTiO_3_xSrTa_2O_6样品，以有望应用于介电微量热计的SrTa_2O_6含量x为参数，并使用小型稀释制冷机将其从100mK加热到1.5K。评价在该温度范围内制作的样品的电容温度值。测量结果表明,x=1.0%的MnCO_3添加(1-x)SrTiO_3_xSrTa_2O_6电介质样品在100 mK附近具有非常大的电容温度变化率,有望应用于电介质微量热计。因此，今年我们使用了x=1.0% MnCO_3添加量的(1-x)SrTiO_3_xSrTa_2O_6电介质样品，其形状为0.15 mm厚、1 mm宽、2 mm长，电容约为40 pF我们在室温下制作了介电微量热计元件的原型。我们使用稀释制冷机测量了该微热量计元件在100mK至1.5K温度范围内的电容温度依赖性，并确认其具有接近100mK的电容温度变化率。此外，我们还研究了操作微量热计所需的高精度温度控制系统。根据研究结果，我们设计并制作了基于 PID 控制的温度控制系统原型，并准备使用介电微量热计进行粒子束检测演示测试。