宇宙X線の精密分光を実現するTESカロリメータの開発と電荷交換反応への地上応用

开发实现宇宙X射线精确光谱的TES热量计及其在电荷交换反应中的地面应用

• 批准号: 10J01582
• 负责人: 赤松 弘規
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J01582/
• 关键词: X線天文学; X線精密分光; 電荷交換反応; マイクロカロリメータ; マクロカロリメータ

本研究の目的は,宇宙で発生する電荷交換反応機構を地上実験により解明する事である.太陽風等に含まれる高階電離イオンと地球近傍に存在する中性物質間の電荷交換反応によって発生するX線輝線は,X線による天体観測の際にバックグランドになるだけでなく,希薄な大気の組成を調べるツールとしても魅力的な対象である.しかし,これまでの地上実験では,十分な条件で測定が行われていない.我々は電荷交換反応機構を理解するために,高分光性能を誇るTES(超伝導遷移端温度計)型X線マイクロカロリメータとECRISを組み合せた地上実験を進めている.本年度は,運搬可能な小型冷凍機(2段式断熱消磁冷凍機:dADR)にTESカロリメータの読み出しに必要なSQUID(超伝導量子干渉計)とTESカロリメータを導入し,動作試験を行った.SQUIDは磁場に非常に敏感な素子な為,高透磁率金属であるパーマロイと超伝導物質であるNbで磁気遮蔽を行った.その結果,SQUIDが正常に動作する事を確認し,TESカロリメータの性能評価に使用している希釈冷凍機と比較して,約3倍程度のノイズレベルに有る事を確認した.今後,配線のシールドなどを行い,改善してゆくべき点であるが,TESカロリメータの読み出しとしては十分なレベルのものである.次に,dADR内にTESカロリメータを導入し,その動作確認(超伝導遷移温度の確認)を行った.本来ならば,転移しているはずの温度まで冷えてもTESの動作を確認することが出来なった為,ホール素子を用いてdADRに使用している磁場の影響を調査した.その結果,4G程度の残留磁場の存在が示唆され,これがTESカロリメータに影響を与えていると考えられる.今後,測定した磁場分布を元に磁気シールドの最適化を行い,TESカロリメータの動作を実現し,電荷交換実験の応用へと進める.

这项研究的目的是通过地面实验阐明太空中发生的电荷交换反应的机制，发射线不仅形成 X 射线天文观测的背景，而且还是研究太空成分的一个有吸引力的工具。我们尚未确定稀薄的大气中的电荷交换反应机制。为了了解这一点，我们正在将 ECRIS 与具有高光谱性能的 TES（超导过渡边缘温度计）型 X 射线微量热计：dADR 结合起来进行地面实验。 ），我们引入了读取TES热量计所需的SQUID（超导量子干涉仪）和TES热量计，并进行了操作测试。由于SQUID是对磁场极其敏感的元件，因此使用坡莫合金，一种高导磁率金属。使用Nb物质进行磁屏蔽，结果确认SQUID运行正常，并且噪音水平比用于评估TES热量计性能的稀释制冷机高约三倍。有一个虽然有一些需要通过屏蔽接线等进行改进的地方，但对于读取 TES 热量计来说已经足够了。接下来，我们将在 dADR 中引入 TES 热量计并确认其操作（超导转变温度）由于即使冷却到应转变的温度也无法确认 TES 的工作情况，因此我们使用霍尔元件研究了 dADR 中使用的磁场的影响，结果产生了残余磁场。约4G这表明TES量热仪的存在，这被认为对TES量热仪有影响。未来我们将根据测量的磁场分布优化磁屏蔽，实现TES量热仪的操作，并应用继续进行电荷交换实验。

项目成果

Challenge to reveal Solar Wind Charge Exchange mechanism with TES X-ray microcalorimeter and TMU-ECRIS

利用 TES X 射线微量热计和 TMU-ECRIS 揭示太阳能风电荷交换机制的挑战

• 发表时间: 2010
• 作者: 赤松弘規

Properties of the intracluster medium of Abell 3667 observed with Suzaku XIS

使用 Suzaku XIS 观察到的 Abell 3667 簇内介质的特性

• 发表时间: 2012
• 影响因子: 2.3
• 作者: H.Akamatsu

TES型X線マイクロカロリメータで挑む電荷交換反応機構の解明-実験計画と進捗状況-

使用TES型X射线微热量计阐明电荷交换反应机理 - 实验计划和进展情况 -

• 发表时间: 2010
• 作者: 赤松弘規

衝突銀河団 Abell 3667の温度構造とmerger shockによる電波レリック

碰撞星系团 Abell 3667 的温度结构和合并激波产生的射电波遗迹

• 发表时间: 2010
• 作者: 赤松弘規

Laboratory Experiments of Solar Wind Charge Exchange with TMU-ECRIS and TES Microcalorimeter

利用 TMU-ECRIS 和 TES 微热量计进行太阳能风电荷交换的实验室实验

• 发表时间: 2010
• 作者: 赤松弘規