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断熱消磁冷凍機を用いた TES 型カロリメータの X 線検出実験

断熱消磁冷凍機を用いた TES 型カロリメータの X 線検出実験. 宇宙物理実験研究室 松野剛久. TES カロリメータを用いた可搬型Ｘ線分光システムについて研究 →実験室において、 X 線発生装置からの X 線スペクトル取得 →まずは X 線源で X 線スペクトル取得試験. 目的. X 線検出器 → TES 型カロリメータ 冷凍機 → 断熱消磁冷凍機（ ADR ） X 線源 → ５５ Fe Mn Kα ： 5.9keV Mn Kβ ： 6.5keV.

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断熱消磁冷凍機を用いた TES 型カロリメータの X 線検出実験

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  1. 断熱消磁冷凍機を用いたTES型カロリメータのX線検出実験断熱消磁冷凍機を用いたTES型カロリメータのX線検出実験 宇宙物理実験研究室 松野剛久

  2. TESカロリメータを用いた可搬型Ｘ線分光システムについて研究TESカロリメータを用いた可搬型Ｘ線分光システムについて研究 →実験室において、X線発生装置からのX線スペクトル取得 →まずはX線源でX線スペクトル取得試験 目的 X線検出器 → TES型カロリメータ 冷凍機 → 断熱消磁冷凍機（ADR） X線源 → ５５Fe Mn Kα： 5.9keV Mn Kβ： 6.5keV

  3. 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 と温度計感度αで決まる TES型温度計（Transition Edge Sensor） 超伝導転移端を温度計として利用 RTカーブ わずかな温度変化を 大きな抵抗変化として 検出できる！ Ｔｓ エネルギー分解能 ΔE ∝ kBT2C /α 極低温で優れた分解能を発揮！ →極低温に冷す冷凍機が必要

  4. 断熱消磁冷凍機 （ADR --- Adiabatic Demagnetization Refrigerator） カロリメータの性能を引き出すには、極低温で動作させる事が必須 →カロリメータを極低温に冷やせる冷凍機が必要 特徴 ： 小型・可搬型 ・蒸気冷却 熱スイッチ 液体He 注入口 液体He保持時間：約42時間 最低到達温度： 63 ｍＫ 温度制御： １０時間＠100 mK Heタンク ５０ｃm 超伝導コイル 磁性塩 （鉄ミョウバ ン） X線検出器 TES型カロリメータ X線

  5. 写真２ 写真 1 ここにTES型カロリメータ を乗せる 写真３ 写真 ４ 金でできた X線吸収体 ５５Fe 0.3mm ＴＥＳ 0.5mm

  6. X線検出実験 ●熱浴温度：９０ｍK ●カウント数：５０４ count / ２３５４秒 ●線源：５５FeMn Kα： 5.9keV Mn Kβ： 6.5keV →5.9keVと6.5keVの所に2本の輝線が見えるはず

  7. 測定結果

  8. baseline スペクトル カウント数 カウント数 Mn-Kα（5.9keV） FWHM ＝11.3 eV Mn-Kβ(6.5keV) エネルギー（eV） エネルギー（eV） Mn-Kα Mn-Kβ カウント数 カウント数 FWHM ＝24 .2eV FWHM ＝26.6eV エネルギー（eV） エネルギー（eV）

  9. 考察 Ｘ線のスペクトルとbaselineのエネルギー分解能の差の見積もりを計算した。 より が生じる主な原因 ●熱浴の温度的な揺らぎ → 磁性塩の温度の揺らぎ ●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. ●ADRを用いて、ＴＥＳ型カロリメータでMn-Kα、Mn-Kβ共にX線スペクトルを検出することができた。●ADRを用いて、ＴＥＳ型カロリメータでMn-Kα、Mn-Kβ共にX線スペクトルを検出することができた。 測定結果 今後の目標 ●ADRをX線発生装置と接続してX線スペクトルを取得 する。

  11. 冷却の原理 A C B 磁性体の温度TとエントロピーSの関係

  12. ETFの原理 TES型カロリメータを定電圧で動作させる X線が入射した際に温度を下げようとする方向に フィードバックがかかる TES型カロリメータを安定して温度制御できる 電熱フィードバック　　X線入射T↑R↑I↓発熱減少 T↓ 電流変化を検出 ( SQUID 利用)

  13. ADRの縦置きと横置き X線の方向 X線の方向 横向きに倒す X線の方向 縦置きのADR 縦置きのADR 横置きのADR 横置きのADR 横置きにする時に予想される問題点 ●普段は縦置きの状態で実験。 ●横置きにするとX線発生装置からの 平行なX線を測定できる。 （ADRの外部からX線を入射できる！） ●実験中、ADRを横に倒すタイミング ●安定して横置きにできるか ●セットアップの変化によるノイズの増加

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