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2019 Fiscal Year Annual Research Report

三次元位置検出型マイクロカロリメータの開発

Research Project

Project/Area Number 17H03523
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

伊豫本 直子  九州大学, 工学研究院, 准教授 (40508173)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords放射線、X線、粒子線 / 超伝導材料・素子 / 低温物性 / マイクロカロリメータ
Outline of Annual Research Achievements

(1) 単ピクセル型TES型マイクロカロリメータの開発:
シリコン基板でのコンプトン散乱による雑音の削減を目的として、シリコン基板の体積を従来の半分にしたTES(Transition-Edge Sensor)温度計を微細加工プロセスにより製作した。それにビスマス吸収体を取り付けて単ピクセル型TES型マイクロカロリメータを製作し、希釈冷凍機により冷却してガンマ線照射実験を行い、シリコン基板由来の雑音が半減していることを確認した。この素子に対して、662keV、1.17MeV、1.33MeVのガンマ線の検出実験を行なった。また、転移温度を100mK程度まで下げたTES温度計を製作した。

(2) 位置検出型TES型マイクロカロリメータの開発:
0.5mmx0.5mmx19mmの鉛をガンマ線吸収体として、その両端にTES温度計を1個ずつ取り付けた位置検出型TES型マイクロカロリメータを製作した。冷却して662keVのガンマ線を照射し、片側の温度計からの出力を解析することで吸収体へのガンマ線入射位置を推定した。さらに、本課題で前年度に開発したシミュレーターを使用して、この素子で両側読み出しした場合の性能を推定した。また、これまで両側読み出しができなかった理由として、鉛の熱膨張率が大きすぎるために冷却の際の熱収縮によって検出器が破損しやすいことが、今年度の実験で明らかになった。単ピクセル型で使用しているビスマスは検出効率、比熱、熱伝導率などは鉛と類似している一方で、適切な熱膨張率を持つため、ビスマスを位置検出型TES型マイクロカロリメータの吸収体として使用することで両端からの読み出しが可能になると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

昨年度の研究では、片側読み出しでも原理的には全データを取得できることが明らかになったものの、実際に取得したデータでは信号とシリコン基板でのコンプトン散乱による雑音との弁別の不具合によりデータの一部が欠損していたことが後に明らかになった。今年度はこの不具合は解消され、全データを取得できたため、昨年度開発したシミュレーターを利用して、実測データを詳細に評価することができた。また、両側読み出しを実現するための指針が明らかになった。

Strategy for Future Research Activity

(1) TES型マイクロカロリメータのエネルギー分解能は動作温度に強く依存する。これまでは転移温度170mK程度のTES温度計を使ってマイクロカロリメータを製作してきたが、今後は製作した100mK程度の転移温度のTES温度計を使用することで、エネルギー分解能の改善を目指す。

(2) 長さ20mmのビスマスを吸収体としたTES型マイクロカロリメータを製作して、両端からの読み出しを行う。

  • Research Products

    (6 results)

All 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Development of Gamma-Ray Position-Sensitive Transition-Edge Sensor Microcalorimeters2020

    • Author(s)
      Iyomoto N.、Kurume Y.、Kuroiwa T.、Asagawa S.、Tsuruta T.、Nishida Y.、Hamamura Y.、Maehata K.、Hayashi T.、Muramatsu H.、Mitsuda K.
    • Journal Title

      Journal of Low Temperature Physics

      Volume: 200 Pages: 233~238

    • DOI

      10.1007/s10909-020-02518-y

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 鶴田 哲也, 伊豫本 直子, 浅川 真矢, 西田 佳樹, 濱村 雪乃, 前畑 京介, 林 佑, 満田 和久2020

    • Author(s)
      ビスマス吸収体を用いたガンマ線用TES型マイクロカロリメータの開発
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Development of Gamma-Ray Position-Sensitive Transition-Edge-Sensor Microcalorimeters2019

    • Author(s)
      Naoko Iyomoto, Y. Kurume, T. Kuroiwa, S. Asagawa, T. Tsuruta, Y. Nishida, Y. Hamamura, K. Maehata, T. Hayashi, H. Muramatsu, K. Mitsuda
    • Organizer
      18th international workshop on Low Temperature Detectors
  • [Presentation] Development of Gamma-Ray Transition-Edge-Sensor Microcalorimeters on Thick Membranes2019

    • Author(s)
      Tetsuya Tsuruta, Naoko Iyomoto, Shinya Asagawa, Yukino Hamamura, Yoshiki Nishida, Keisuke Maehata, Yuta Kurume, Tasuku Hayashi, Haruka Muramatsu, Kazuhisa Mitsuda
    • Organizer
      18th international workshop on Low Temperature Detectors
  • [Presentation] ガンマ線検出用位置検出型TES型マイクロカロリーメータの開発(5)2019

    • Author(s)
      浅川 真矢, 伊豫本 直子, 鶴田 哲也, 西田 佳樹, 濱村 雪乃, 久留米 勇太, 前畑 京介, 満田 和久, 林佑, 村松 はるか
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 高エネルギーガンマ線用TES型マイクロカロリメータの開発2019

    • Author(s)
      鶴田 哲也, 伊豫本 直子, 浅川 真矢, 濱村 雪乃, 西田 佳樹, 前畑 京介, 満田 和久, 林 佑, 村松 はるか
    • Organizer
      第80回応用物理学会秋季学術講演会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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