高分解能極低温X線検出器用強誘電体素子の開発

高分辨率低温X射线探测器铁电元件的开发

基本信息

批准号：
07780438
负责人：
前畑京介
金额：
$ 0.7万
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：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

100mK程度の極低温において、格子比熱が支配的である絶縁体の比熱は温度の3乗に比例して小さくなるので、低エネルギーの粒子線が入射した場合、エネルギー付与に応じた温度上昇の観測が可能になる。また、極低温においてある種類の強誘電体の誘電率は温度に対して強い依存性を示す。したがって、極低温に冷却された強誘電体にX線等の粒子線を入射した際に生じる誘電率変化を計測することにより、試料に付与されたエネルギーの大きさを評価することが可能であるので、適当な強誘電体試料を用いると、入射X線のエネルギーを高い分解能で検出することが期待できる。本研究では、まず、100mKまでの極低温において強誘電体の誘電率の温度依存性を測定するために、極低温における正確な温度計測システムの設計製作を行った。温度計として酸化ルテニウム抵抗温度計を使用したが、微小交流電流を通電した温度計の両端電圧を通電電流と同位相で読み取ることで、極微小発熱にもかかわらず、十分な信号対雑音比で温度が測定できるようになった。次に、希釈冷凍機の運転試験を行い、無負荷時に最低到達温度40mKおよび、100mKにおける冷凍能力が15μWであることを確認した。本研究で使用した希釈冷凍機は、冷凍機を昇温することなく試料の交換が可能なトップローダー方式の設計にあったが、トップローダーからの熱侵入が大きく、試料を取り付けた状態では定格の100mKまで冷却することができなかった。そこで、熱侵入量がさらに1/10となるようにトップローダーの構造及び材質を検討し製作した。また、強誘電体試料として、焼結過程が困難であったが0〜16%のSrTa_2O_6を含むSrTiO_3試料を作成した。

在大约100 mk的极低温度下，绝缘体的比热的特异性热量以特定的热量为主导，与温度的立方功率成比例降低，因此，当进入低能的颗粒梁进入时，可以观察到温度升高，以响应能量的应用。此外，某些类型的铁电体的介电常数在极低的温度下对温度表现出很大的依赖。因此，通过测量当粒子梁（例如X射线）入射在冷却至极低温度的铁电束时发生的介电常数的变化，可以评估使用适用于样品的能量的大小，并使用适当的铁电样品，预计可以在高分辨率上检测到事件X射线的能量。在这项研究中，我们首先在极低的温度下设计和制造了精确的温度测量系统，以测量铁电的介电常数在极低低温的温度下的温度依赖性，最高为100 mk。使用氧化峰抗性温度计用作温度计，但是通过读取与电流流相相时的交流电流跨温度计的电压，现在可以用足够的信噪比来测量温度，尽管热量产生极小的热量。接下来，对稀释的冰箱进行了操作测试，并确认在最低温度为40 mk的最低温度和100 mk的制冷能力在无负载下为15μW。这项研究中使用的稀释冰箱的设计是使用顶部装载机系统设计的，该系统允许在不提高冰箱温度的情况下交换样品，但是从顶部装载机中的热渗透量很大，并且当样品附着时，样品无法冷却到额定的100MK。因此，检查并制造了顶部装载机的结构和材料，以使热量入侵达到1/10。此外，尽管烧结过程很困难，但仍准备了铁电样品。 SRTIO_3包含0-16％SRTA_2O_6的样本很困难。