JP2000205960A - 検出器装置 - Google Patents
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- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
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- G01J5/061—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity by controlling the temperature of the apparatus or parts thereof, e.g. using cooling means or thermostats
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温効果に基づいて簡単な構成で良好なエネ
ルギ分解能の検出装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 冷却システムと、検出器手段とを備え、
冷却システムは、第１の冷却温度を与え、第１のパルス
管冷却装置20が第２のパルス管冷却装置30を予め冷却す
る２段のパルス管冷却システムを具備する第１の冷却手
段と、第１の冷却温度よりも低い温度の第２の冷却温度
を与え、第１の冷却手段20,30 により予め冷却される第
２の冷却手段83とを具備し、検出器手段60は、前記第２
の冷却手段83に熱的に結合され、粒子、放射、またはフ
ィールドをセンサにより低温効果に基づいて検出するこ
とを特徴とする。
ルギ分解能の検出装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 冷却システムと、検出器手段とを備え、
冷却システムは、第１の冷却温度を与え、第１のパルス
管冷却装置20が第２のパルス管冷却装置30を予め冷却す
る２段のパルス管冷却システムを具備する第１の冷却手
段と、第１の冷却温度よりも低い温度の第２の冷却温度
を与え、第１の冷却手段20,30 により予め冷却される第
２の冷却手段83とを具備し、検出器手段60は、前記第２
の冷却手段83に熱的に結合され、粒子、放射、またはフ
ィールドをセンサにより低温効果に基づいて検出するこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷却システムおよ
び検出手段を備えている検出器装置に関する。
び検出手段を備えている検出器装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】パルス管冷却装置によって第１の冷却段
で冷却される低温効果に基づいたセンサを具備するこの
ような検出器装置は解析応用で広い動作分野を有し、こ
こでは高いエネルギ解像度および／または高い時間解像
度を有する粒子、放射またはフィールドが任意の位置で
試験される。
で冷却される低温効果に基づいたセンサを具備するこの
ような検出器装置は解析応用で広い動作分野を有し、こ
こでは高いエネルギ解像度および／または高い時間解像
度を有する粒子、放射またはフィールドが任意の位置で
試験される。
【０００３】低温効果（低温センサまたは低温検出器）
に基づく冷却センサでは、第１の冷却手段と、第１の冷
却手段により予め冷却された第２の冷却手段とを具備す
るクライオスタットが従来技術で使用され、センサは第
２の冷却手段に熱的に結合されるか相互接続される。約
４°Ｋの温度を生成するために、第１の冷却装置は通常
結合された窒素／ヘリウム冷却装置からなる。この冷却
装置はプロセスおよび装置に関して非常に高価で、大き
いスペースを必要とする。さらに必要な液体冷却剤（窒
素、ヘリウム）は高価であると共にどこでも入手可能で
はない。この理由で、低温効果に基づくセンサの使用は
産業上の目的で比較的有効ではなく、それ故適切ではな
い。
に基づく冷却センサでは、第１の冷却手段と、第１の冷
却手段により予め冷却された第２の冷却手段とを具備す
るクライオスタットが従来技術で使用され、センサは第
２の冷却手段に熱的に結合されるか相互接続される。約
４°Ｋの温度を生成するために、第１の冷却装置は通常
結合された窒素／ヘリウム冷却装置からなる。この冷却
装置はプロセスおよび装置に関して非常に高価で、大き
いスペースを必要とする。さらに必要な液体冷却剤（窒
素、ヘリウム）は高価であると共にどこでも入手可能で
はない。この理由で、低温効果に基づくセンサの使用は
産業上の目的で比較的有効ではなく、それ故適切ではな
い。
【０００４】1996年のInfo-Phys-TechのNo.6、VDI Tech
nologiezentrum、Pysikalische Technologien 等によっ
て、パルス管冷却装置の形態の冷凍装置が知られてお
り、パルス管冷却装置は、熱が外側から吸収される冷熱
交換器が一端部に設けられ、他端部に熱が外側に放出さ
れる暖熱交換器が設けられているパルス管と、仮熱貯蔵
器として作用する再生装置と、周期的な圧力変化を生成
する圧力振動器とを具備し、端部に冷熱交換器が設けら
れているパルス管は、それぞれのラインにより再生装置
を経て圧力振動器に接続され、それによってパルス管と
圧力振動器の間で動作ガスの周期的なシフトが可能にさ
れる。
nologiezentrum、Pysikalische Technologien 等によっ
て、パルス管冷却装置の形態の冷凍装置が知られてお
り、パルス管冷却装置は、熱が外側から吸収される冷熱
交換器が一端部に設けられ、他端部に熱が外側に放出さ
れる暖熱交換器が設けられているパルス管と、仮熱貯蔵
器として作用する再生装置と、周期的な圧力変化を生成
する圧力振動器とを具備し、端部に冷熱交換器が設けら
れているパルス管は、それぞれのラインにより再生装置
を経て圧力振動器に接続され、それによってパルス管と
圧力振動器の間で動作ガスの周期的なシフトが可能にさ
れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、装置
およびプロセスに関して最小の動作量で冷却または予め
冷却されることができる低温効果に基づいたセンサを有
する検出器装置を提供することである。
およびプロセスに関して最小の動作量で冷却または予め
冷却されることができる低温効果に基づいたセンサを有
する検出器装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明の検
出器装置によって達成される。本発明による検出器装置
は、第１の冷却温度ＴK を与え、第１のパルス管冷却装
置が第２のパルス管冷却装置を予め冷却する２段パルス
管冷却システムを具備する第１の冷却手段と、第１の冷
却温度ＴK より低い温度の第２の冷却温度ＴTを与え、
前記第１の冷却手段により予め冷却される第２の冷却手
段とを有する。さらに、検出器装置は前記第２の冷却手
段に熱的に結合され、粒子、放射、またはフィールドを
センサにより低音効果に基づいて検出する検出器手段を
具備している。
出器装置によって達成される。本発明による検出器装置
は、第１の冷却温度ＴK を与え、第１のパルス管冷却装
置が第２のパルス管冷却装置を予め冷却する２段パルス
管冷却システムを具備する第１の冷却手段と、第１の冷
却温度ＴK より低い温度の第２の冷却温度ＴTを与え、
前記第１の冷却手段により予め冷却される第２の冷却手
段とを有する。さらに、検出器装置は前記第２の冷却手
段に熱的に結合され、粒子、放射、またはフィールドを
センサにより低音効果に基づいて検出する検出器手段を
具備している。
【０００７】この装置により、良好なエネルギ解像度を
有し、それの複雑性が低いために事実上ほとんどどこで
も使用されることができ、したがって可動性である検出
器装置が提供される。さらに、パルス管冷却装置が単に
電力が与えられることを必要とするだけなので、第１の
冷却段の動作またはメンテナンスは価格効率がよい。結
果として、管理または冷却剤の詰め替えを行うためのス
タッフがいなくてもよいので、スタッフ数が減少され
る。
有し、それの複雑性が低いために事実上ほとんどどこで
も使用されることができ、したがって可動性である検出
器装置が提供される。さらに、パルス管冷却装置が単に
電力が与えられることを必要とするだけなので、第１の
冷却段の動作またはメンテナンスは価格効率がよい。結
果として、管理または冷却剤の詰め替えを行うためのス
タッフがいなくてもよいので、スタッフ数が減少され
る。
【０００８】有効な特徴によれば、第１の冷却手段は３
以上のパルス管冷却装置を具備する。これらは幾つかの
連続的な冷却段でオブジェクトが冷却される第１の冷却
温度ＴK に到達するように位置付けられることが好まし
く、即ちこの場合第２の冷却手段が冷却されるべきであ
る。特に、用語“連続的な冷却段”は、最適化するため
の低い温度の冷却温度を与えるためにそれより高い冷却
温度を与えるパルス管冷却装置が設けられているものと
理解されるべきである。主に、冷却されるオブジェクト
または複数の冷却されるオブジェクトはそれぞれの冷却
段の任意の冷却ヘッド（冷熱交換器）に位置されること
ができる。しかしながら、最低の温度を与える冷却段、
即ち前述の第２パルス管冷却装置の第２段のパルス管冷
却システムで冷却されるようにオブジェクトを位置付け
ることが有効である。
以上のパルス管冷却装置を具備する。これらは幾つかの
連続的な冷却段でオブジェクトが冷却される第１の冷却
温度ＴK に到達するように位置付けられることが好まし
く、即ちこの場合第２の冷却手段が冷却されるべきであ
る。特に、用語“連続的な冷却段”は、最適化するため
の低い温度の冷却温度を与えるためにそれより高い冷却
温度を与えるパルス管冷却装置が設けられているものと
理解されるべきである。主に、冷却されるオブジェクト
または複数の冷却されるオブジェクトはそれぞれの冷却
段の任意の冷却ヘッド（冷熱交換器）に位置されること
ができる。しかしながら、最低の温度を与える冷却段、
即ち前述の第２パルス管冷却装置の第２段のパルス管冷
却システムで冷却されるようにオブジェクトを位置付け
ることが有効である。
【０００９】別の有効な特徴にしたがって、各パルス管
冷却装置はパルス管を具備し、その一端部に冷熱交換器
が設けられ、そこで熱が外部から吸収され、他方の端部
に暖熱交換器が設けられ、そこで熱が外に放出される。
さらに、パルス管冷却装置は暫定的な熱貯蔵器として動
作する再生装置と、周期的な圧力変化を発生する圧力振
動器とを有する。この場合、端部に冷熱交換器が設けら
れているパルス管はそれぞれのラインにより再生装置を
介して圧力振動器と接続され、それによってパルス管と
圧力振動器の間で動作ガスの周期的なシフトが可能にさ
れる。その他の機械的冷却装置と対照的に、パルス管冷
却装置はあまり振動がないという有効な特性を有する。
冷却装置はパルス管を具備し、その一端部に冷熱交換器
が設けられ、そこで熱が外部から吸収され、他方の端部
に暖熱交換器が設けられ、そこで熱が外に放出される。
さらに、パルス管冷却装置は暫定的な熱貯蔵器として動
作する再生装置と、周期的な圧力変化を発生する圧力振
動器とを有する。この場合、端部に冷熱交換器が設けら
れているパルス管はそれぞれのラインにより再生装置を
介して圧力振動器と接続され、それによってパルス管と
圧力振動器の間で動作ガスの周期的なシフトが可能にさ
れる。その他の機械的冷却装置と対照的に、パルス管冷
却装置はあまり振動がないという有効な特性を有する。
【００１０】別の有効な特徴にしたがって、端部に暖熱
交換器が設けられているパルス管は流動抵抗と、バラス
ト容量を受けるための容器またはタンクを具備する。
交換器が設けられているパルス管は流動抵抗と、バラス
ト容量を受けるための容器またはタンクを具備する。
【００１１】別の有効な特徴にしたがって、各パルス管
冷却装置はさらに暖熱交換器が設けられているパルス管
の各端部から圧力振動器と再生装置の間に設けられてい
るラインまで延在している第２のラインを具備し、この
第２のラインは可変または可変に調節可能な流動抵抗を
具備している。
冷却装置はさらに暖熱交換器が設けられているパルス管
の各端部から圧力振動器と再生装置の間に設けられてい
るラインまで延在している第２のラインを具備し、この
第２のラインは可変または可変に調節可能な流動抵抗を
具備している。
【００１２】第２の冷却手段はそれぞれのパルス管冷却
装置の冷熱交換器の位置またはその付近に位置されるこ
とが好ましい。
装置の冷熱交換器の位置またはその付近に位置されるこ
とが好ましい。
【００１３】さらに、検出器装置はセンサに熱的に結合
されている吸収体を具備してもよく、そこで入射する粒
子および放射と相互作用する。吸収体は誘電体または半
導体または金属または半金属または半金属合金または超
伝導体または個々の材料の組合わせからなってもよい。
されている吸収体を具備してもよく、そこで入射する粒
子および放射と相互作用する。吸収体は誘電体または半
導体または金属または半金属または半金属合金または超
伝導体または個々の材料の組合わせからなってもよい。
【００１４】第２の冷却手段として、減磁段が使用され
ることが好ましい。さらに3 Ｈｅ／ 4 Ｈｅ希釈剤冷凍装
置または3 Ｈｅ−冷却装置、またはヘリウムコンプレッ
サ冷却装置のような機械的な冷却装置、またはペルチエ
素子のような電子冷却手段、またはＮＩＳダイオードの
ような超伝導トンネルダイオードが使用されることがで
きる。
ることが好ましい。さらに3 Ｈｅ／ 4 Ｈｅ希釈剤冷凍装
置または3 Ｈｅ−冷却装置、またはヘリウムコンプレッ
サ冷却装置のような機械的な冷却装置、またはペルチエ
素子のような電子冷却手段、またはＮＩＳダイオードの
ような超伝導トンネルダイオードが使用されることがで
きる。
【００１５】本発明による検出器装置の別の有効な特性
にしたがって、冷却システムは検出器手段がクライオス
タットの一部分として含まれており、クライオスタット
はさらに試験される粒子および放射をクライオスタット
の外部からクライオスタットの内部および検出器手段へ
通過するための入口ポートまたは入力ポートを具備して
いる。さらにクライオスタットはＸ線レンズまたはウォ
ルタ装置またはフレネルレンズのような焦点形成装置と
または焦点形成管の束または電気的焦点形成装置／焦点
を外す装置または磁気焦点形成装置／焦点を外す装置を
具備してもよい。
にしたがって、冷却システムは検出器手段がクライオス
タットの一部分として含まれており、クライオスタット
はさらに試験される粒子および放射をクライオスタット
の外部からクライオスタットの内部および検出器手段へ
通過するための入口ポートまたは入力ポートを具備して
いる。さらにクライオスタットはＸ線レンズまたはウォ
ルタ装置またはフレネルレンズのような焦点形成装置と
または焦点形成管の束または電気的焦点形成装置／焦点
を外す装置または磁気焦点形成装置／焦点を外す装置を
具備してもよい。
【００１６】低温効果に基づく検出器装置で使用される
センサ、または低温検出器または極低温検出器は低温で
のみまたは特に低温（２０°Ｋよりも低いが好ましくは
＜４°Ｋよりも低い動作温度範囲）で生じる効果により
放射または粒子の吸収によって堆積されたエネルギを測
定するセンサである。これらの温度は低温効果に基づい
てセンサを具備する検出器手段に熱的に結合されたヒー
トシンクによって与えられる。
センサ、または低温検出器または極低温検出器は低温で
のみまたは特に低温（２０°Ｋよりも低いが好ましくは
＜４°Ｋよりも低い動作温度範囲）で生じる効果により
放射または粒子の吸収によって堆積されたエネルギを測
定するセンサである。これらの温度は低温効果に基づい
てセンサを具備する検出器手段に熱的に結合されたヒー
トシンクによって与えられる。
【００１７】これらの効果は、 ｉ）熱容量が低温で減少するので、吸収体（誘電体、金
属、超伝導体等）のエネルギ（熱量計）の堆積後、温度
は増加する。熱容量は低温で減少するので、この温度の
増加は開始温度が低い程高くなる。温度の増加が高い
程、そこから得られる堆積エネルギは正確である。
属、超伝導体等）のエネルギ（熱量計）の堆積後、温度
は増加する。熱容量は低温で減少するので、この温度の
増加は開始温度が低い程高くなる。温度の増加が高い
程、そこから得られる堆積エネルギは正確である。
【００１８】ii）エネルギ堆積により光子（吸収体材料
の格子振動）を生成する。これらの格子振動ができる限
り強く“現れる”ように、即ち（吸収体のエネルギ堆積
位置の）エネルギのできるだけ正確な決定を可能にする
ために、初期状態ではできる限り少ない格子振動が存在
すべきである。初期温度が低い程、存在する格子振動は
少なくなる。
の格子振動）を生成する。これらの格子振動ができる限
り強く“現れる”ように、即ち（吸収体のエネルギ堆積
位置の）エネルギのできるだけ正確な決定を可能にする
ために、初期状態ではできる限り少ない格子振動が存在
すべきである。初期温度が低い程、存在する格子振動は
少なくなる。
【００１９】iii）超伝導体で疑似粒子（クーパー対の
崩壊）が発生する。超伝導は低温効果である。超伝導へ
の転移温度が低くなる程、より多くのこれらの疑似粒子
がエネルギ堆積により発生される。多くの疑似粒子が発
生される程、より正確にエネルギが決定されることがで
きる。
崩壊）が発生する。超伝導は低温効果である。超伝導へ
の転移温度が低くなる程、より多くのこれらの疑似粒子
がエネルギ堆積により発生される。多くの疑似粒子が発
生される程、より正確にエネルギが決定されることがで
きる。
【００２０】iv）スピンの方位を変更し、またはエネル
ギ堆積のために常磁性イオンからなる低温へ冷却される
スピンシステムを磁化する。
ギ堆積のために常磁性イオンからなる低温へ冷却される
スピンシステムを磁化する。
【００２１】温度の増加、格子振動、疑似粒子（通常励
起）または磁化の変化を測定するため、種々の可能性が
存在し、通常、励起が吸収体で発生されセンサで検出さ
れることが多い。センサと吸収体は同一であってもよ
い。問題とされるセンサは、 ａ）マイクロ熱量計のセンサとしての例えば超伝導の相
転移温度計：これらは基本的に吸収体、温度計（例えば
タングステン、イリジウム、アルミニウムまたはタンタ
ルからの超伝導層）と、冷却手段またはヒートシンクと
の結合からなる。その超伝導相と通常伝導相との間の温
度転移範囲では、温度計はその電気抵抗が著しく温度に
依存して、即ち格子振動および疑似粒子の吸収後に変化
する。
起）または磁化の変化を測定するため、種々の可能性が
存在し、通常、励起が吸収体で発生されセンサで検出さ
れることが多い。センサと吸収体は同一であってもよ
い。問題とされるセンサは、 ａ）マイクロ熱量計のセンサとしての例えば超伝導の相
転移温度計：これらは基本的に吸収体、温度計（例えば
タングステン、イリジウム、アルミニウムまたはタンタ
ルからの超伝導層）と、冷却手段またはヒートシンクと
の結合からなる。その超伝導相と通常伝導相との間の温
度転移範囲では、温度計はその電気抵抗が著しく温度に
依存して、即ち格子振動および疑似粒子の吸収後に変化
する。
【００２２】ｂ）超伝導のトンネルダイオード：これら
は２つの重ねられた薄い超伝導フィルム（ＳＩＳ：超伝
導体−絶縁体−超伝導体、フィルムは必ずしも両面が同
一の超伝導体から構成される必要はない）または超伝導
および通常の伝導フィルム（ＮＩＳ：通常の伝導体−絶
縁体−超伝導体）からなり、それぞれのフィルムは薄い
電気的に絶縁性のバリアにより分離されている。バリア
は非常に薄いので、一方の電極から他方への電子または
疑似粒子の量子機械的トンネルが可能である。ＮＩＳダ
イオードまたはＳＩＳダイオードがそれぞれの超伝導体
の転移温度よりも低い温度で動作され、与えられた電圧
が超伝導エネルギギャップに対応する電圧（ＮＩＳ）よ
りも小さいか、この電圧（ＳＩＳ）の二倍よりも小さい
ならば、バリアを流れる電流はエネルギがトンネルダイ
オードに堆積されるならば増加する。エネルギの堆積は
温度の増加と、格子振動または疑似粒子の吸収、または
直接的に放射または粒子の吸収により生じる。
は２つの重ねられた薄い超伝導フィルム（ＳＩＳ：超伝
導体−絶縁体−超伝導体、フィルムは必ずしも両面が同
一の超伝導体から構成される必要はない）または超伝導
および通常の伝導フィルム（ＮＩＳ：通常の伝導体−絶
縁体−超伝導体）からなり、それぞれのフィルムは薄い
電気的に絶縁性のバリアにより分離されている。バリア
は非常に薄いので、一方の電極から他方への電子または
疑似粒子の量子機械的トンネルが可能である。ＮＩＳダ
イオードまたはＳＩＳダイオードがそれぞれの超伝導体
の転移温度よりも低い温度で動作され、与えられた電圧
が超伝導エネルギギャップに対応する電圧（ＮＩＳ）よ
りも小さいか、この電圧（ＳＩＳ）の二倍よりも小さい
ならば、バリアを流れる電流はエネルギがトンネルダイ
オードに堆積されるならば増加する。エネルギの堆積は
温度の増加と、格子振動または疑似粒子の吸収、または
直接的に放射または粒子の吸収により生じる。
【００２３】ｃ）ＮＴＤ温度計（ＮＴＤ：“中性子変換
ドーピング”、即ち中性子で熱くドーピングされた半導
体）のようなサーミスタである。全ての半導体のように
これらの温度計では抵抗は温度の減少と共に増加するの
で、これらの温度計は温度変化の測定に使用されること
ができる。その抵抗が、非常に低い温度において、十分
な正確性で測定されることができなくなる程度まで増加
するのを防止するため、使用される半導体は多量にドー
ピングされ、それによってそれらの抵抗を減少する。
ドーピング”、即ち中性子で熱くドーピングされた半導
体）のようなサーミスタである。全ての半導体のように
これらの温度計では抵抗は温度の減少と共に増加するの
で、これらの温度計は温度変化の測定に使用されること
ができる。その抵抗が、非常に低い温度において、十分
な正確性で測定されることができなくなる程度まで増加
するのを防止するため、使用される半導体は多量にドー
ピングされ、それによってそれらの抵抗を減少する。
【００２４】ｄ）磁気ボロメータ：好ましくはミリケル
ビンの範囲の温度でヒートシンクと弱い熱結合を有する
これらのセンサは磁界で弱い常磁性イオン濃度を含んで
いる。例えばエルビウム（Ｅｒ3+）のような好ましくは
希土類イオンが使用される。少量のエネルギ、例えば電
磁放射がこのようなセンサに堆積されるならば、温度の
増加が常磁性イオンにより形成される常磁性磁石の磁化
の変化を生成し、この変化は例えばＳＱＵＩＤの１入力
で接続されるコイルを使用することによって測定される
ことができる。好ましくは吸収体は磁気ボロメータに熱
的に結合される。
ビンの範囲の温度でヒートシンクと弱い熱結合を有する
これらのセンサは磁界で弱い常磁性イオン濃度を含んで
いる。例えばエルビウム（Ｅｒ3+）のような好ましくは
希土類イオンが使用される。少量のエネルギ、例えば電
磁放射がこのようなセンサに堆積されるならば、温度の
増加が常磁性イオンにより形成される常磁性磁石の磁化
の変化を生成し、この変化は例えばＳＱＵＩＤの１入力
で接続されるコイルを使用することによって測定される
ことができる。好ましくは吸収体は磁気ボロメータに熱
的に結合される。
【００２５】このような極低温センサの使用は幾つかの
利点を与える。一方で、約５ｅＶの範囲で６ｋｅＶ Ｘ
放射であり、約３ｅＶの範囲で１．５ｋｅＶ Ｘ放射で
ある良好なエネルギ解像度が挙げられなければならな
い。極低温センサの良好なエネルギ解像度に加えて、低
エネルギ（２ｋｅＶよりも低い）でもこれらの検出効率
は有効である。事実上、センサに入射するあらゆる光子
が検出されることができる。さらに、解析される粒子ま
たは放射の予め定められたエネルギ範囲が同時に検出さ
れることができ、検出器の粒子または放射により発生さ
れるパルスは迅速に読出されることができ、それによっ
て短い時定数の時間依存現象でさえも観察されることが
できる。
利点を与える。一方で、約５ｅＶの範囲で６ｋｅＶ Ｘ
放射であり、約３ｅＶの範囲で１．５ｋｅＶ Ｘ放射で
ある良好なエネルギ解像度が挙げられなければならな
い。極低温センサの良好なエネルギ解像度に加えて、低
エネルギ（２ｋｅＶよりも低い）でもこれらの検出効率
は有効である。事実上、センサに入射するあらゆる光子
が検出されることができる。さらに、解析される粒子ま
たは放射の予め定められたエネルギ範囲が同時に検出さ
れることができ、検出器の粒子または放射により発生さ
れるパルスは迅速に読出されることができ、それによっ
て短い時定数の時間依存現象でさえも観察されることが
できる。
【００２６】読出し速度を改良するため、または検出器
手段またはセンサの最適な動作温度を調節するため、検
出器手段に熱的に結合される加熱装置が設けられること
が好ましい。冷却システムまたは第２の冷却手段の温度
または温度範囲がそれぞれの極低温センサの最適な温度
よりも低温であるか、または与えられた冷却温度が変動
するならば、最適な動作温度は加熱手段によりセンサに
与えられるエネルギを調整することにより調節されるこ
とができる。さらに、冷却手段により行われる温度より
も高い温度の調節は“能動的な冷却”の可能性を与え
る。これにより、（加熱手段からの）加熱性能の減少
は、入射する粒子または入射する放射のエネルギ堆積の
場合、センサ手段において生じる。センサ手段を予め定
められた最適な動作温度に素早くリセットすることによ
って、信号加速と読出し速度の改良が実現されることが
できる。
手段またはセンサの最適な動作温度を調節するため、検
出器手段に熱的に結合される加熱装置が設けられること
が好ましい。冷却システムまたは第２の冷却手段の温度
または温度範囲がそれぞれの極低温センサの最適な温度
よりも低温であるか、または与えられた冷却温度が変動
するならば、最適な動作温度は加熱手段によりセンサに
与えられるエネルギを調整することにより調節されるこ
とができる。さらに、冷却手段により行われる温度より
も高い温度の調節は“能動的な冷却”の可能性を与え
る。これにより、（加熱手段からの）加熱性能の減少
は、入射する粒子または入射する放射のエネルギ堆積の
場合、センサ手段において生じる。センサ手段を予め定
められた最適な動作温度に素早くリセットすることによ
って、信号加速と読出し速度の改良が実現されることが
できる。
【００２７】磁界またはそれらの変化を検出するため、
ＳＱＵＩＤＳ（“超伝導量子インターフェイス装置”）
もセンサとして使用されることができる。
ＳＱＵＩＤＳ（“超伝導量子インターフェイス装置”）
もセンサとして使用されることができる。
【００２８】さらに、検出器手段は複数のセンサを具備
してもよい。これは例えば２つの異なるセンサが使用さ
れる場合に有効であり、そのエネルギ解像度は異なるエ
ネルギ範囲で異なる品質を有する。
してもよい。これは例えば２つの異なるセンサが使用さ
れる場合に有効であり、そのエネルギ解像度は異なるエ
ネルギ範囲で異なる品質を有する。
【００２９】冷却システム（パルス管冷却装置）に関連
する全ての特性が検出器手段に関連する全ての特性と結
合されることができることが明白であろう。
する全ての特性が検出器手段に関連する全ての特性と結
合されることができることが明白であろう。
【００３０】
【発明の実施の形態】本発明のさらに詳細、特徴、利点
が添付図面を伴った好ましい実施形態の説明からより明
白になるであろう。以下、検出器を装置を本発明にした
がって説明する。
が添付図面を伴った好ましい実施形態の説明からより明
白になるであろう。以下、検出器を装置を本発明にした
がって説明する。
【００３１】クライオスタット 特に、図１を参照すると、図１は検出器手段がクライオ
スタットに構成されている本発明にしたがった検出器装
置の概略図を示している。
スタットに構成されている本発明にしたがった検出器装
置の概略図を示している。
【００３２】内部から外部へ見て行くと、例えばマイク
ロ熱量計のような粒子、放射またはフィールドの検出手
段60はいわゆる冷却フィンガ95を経てこの場合では約３
０乃至３００ｍ°Ｋの温度のヒートシンクを表す（断熱
的）減磁段82、83、85、86、87の形態の第２の冷却手段
のソルトピル（salt pill ）に熱的に結合される。第２
の冷却手段はさらに磁石82を具備し、この磁石はソルト
ピル83のソルトを磁化する。熱減結合するために、ソル
トピル83は例えばケブラ捩子85に吊り下げられ、捩子85
は例えば温度の減少の場合に収縮する材料の羽等の形態
でクランピング装置86を介して引っ張られる。熱スイッ
チ87により、ソルトピル83は減磁段の動作中に磁石82ま
たはクランピング装置86と熱的に結合されることができ
る。磁気遮蔽体94は周囲を囲んで向かい合って磁石82を
遮蔽する。検出器手段の動作モードでは、磁石82の磁界
はゆっくりと減少され、それによってソルトピル83の温
度は検出器手段60またはそのセンサの動作温度またはそ
れよりも低い一定の温度に保持される。磁界は依然とし
て補償され遮蔽された状態でなければならない。結局、
磁石82のコイルは既に補償コイルを具備してもよい。磁
気遮蔽体94は超伝導体 （例えばニオブ、タンタル）ま
たは高い磁化率を有する材料（例えばクリオパーム（cr
yoperm）またはバクリラックス（vacrylux）または両者
の組合わせ）からなる。下端部では、減磁段を包囲する
磁気遮蔽体94は小さい穴を有し、その穴を通って冷却フ
ィンガ95が延在し、検出器装置60を保持する。さらに、
減磁段と検出器手段60は遮蔽体84により包囲されその中
では約４°Ｋの温度Ｔ°Ｋが設定される。この温度Ｔ°
Ｋはパルス管30により設定され、第１の冷却手段として
使用されるパルス管冷却システムの第２の段を表してい
る。このようにするために、冷却ヘッド34または冷熱交
換器34または“４°Ｋプレート”34は磁石82と接続され
ている。４°Ｋ遮蔽体84は遮蔽体81により包囲され、そ
の中では約６７°Ｋの温度が設定される。この温度はパ
ルス管20により設定され、第１の冷却手段として使用さ
れるパルス管冷却システムの第１の段を表している。こ
のようにするために、冷却ヘッド24または冷熱交換器24
または“６７°Ｋプレート”24は６７°Ｋ遮蔽体81と接
続されている。それぞれのパルス管冷却装置の残りの部
分は再生装置または圧力振動器のようなパルス管20、30
に付加されているが図を簡単にするために図１では示さ
れていない。クライオスタット91の外装は真空ポット80
により形成され、この真空ポット80はそれぞれの冷却手
段と、センサおよび吸収体（図示せず）を有する検出器
手段60とを包囲する。放射がクライオスタット91の外部
部分から内部部分へ到達し、したがって検出器手段60に
入射するように、入口ポートまたはエントリウィンドウ
90が設けられる。
ロ熱量計のような粒子、放射またはフィールドの検出手
段60はいわゆる冷却フィンガ95を経てこの場合では約３
０乃至３００ｍ°Ｋの温度のヒートシンクを表す（断熱
的）減磁段82、83、85、86、87の形態の第２の冷却手段
のソルトピル（salt pill ）に熱的に結合される。第２
の冷却手段はさらに磁石82を具備し、この磁石はソルト
ピル83のソルトを磁化する。熱減結合するために、ソル
トピル83は例えばケブラ捩子85に吊り下げられ、捩子85
は例えば温度の減少の場合に収縮する材料の羽等の形態
でクランピング装置86を介して引っ張られる。熱スイッ
チ87により、ソルトピル83は減磁段の動作中に磁石82ま
たはクランピング装置86と熱的に結合されることができ
る。磁気遮蔽体94は周囲を囲んで向かい合って磁石82を
遮蔽する。検出器手段の動作モードでは、磁石82の磁界
はゆっくりと減少され、それによってソルトピル83の温
度は検出器手段60またはそのセンサの動作温度またはそ
れよりも低い一定の温度に保持される。磁界は依然とし
て補償され遮蔽された状態でなければならない。結局、
磁石82のコイルは既に補償コイルを具備してもよい。磁
気遮蔽体94は超伝導体 （例えばニオブ、タンタル）ま
たは高い磁化率を有する材料（例えばクリオパーム（cr
yoperm）またはバクリラックス（vacrylux）または両者
の組合わせ）からなる。下端部では、減磁段を包囲する
磁気遮蔽体94は小さい穴を有し、その穴を通って冷却フ
ィンガ95が延在し、検出器装置60を保持する。さらに、
減磁段と検出器手段60は遮蔽体84により包囲されその中
では約４°Ｋの温度Ｔ°Ｋが設定される。この温度Ｔ°
Ｋはパルス管30により設定され、第１の冷却手段として
使用されるパルス管冷却システムの第２の段を表してい
る。このようにするために、冷却ヘッド34または冷熱交
換器34または“４°Ｋプレート”34は磁石82と接続され
ている。４°Ｋ遮蔽体84は遮蔽体81により包囲され、そ
の中では約６７°Ｋの温度が設定される。この温度はパ
ルス管20により設定され、第１の冷却手段として使用さ
れるパルス管冷却システムの第１の段を表している。こ
のようにするために、冷却ヘッド24または冷熱交換器24
または“６７°Ｋプレート”24は６７°Ｋ遮蔽体81と接
続されている。それぞれのパルス管冷却装置の残りの部
分は再生装置または圧力振動器のようなパルス管20、30
に付加されているが図を簡単にするために図１では示さ
れていない。クライオスタット91の外装は真空ポット80
により形成され、この真空ポット80はそれぞれの冷却手
段と、センサおよび吸収体（図示せず）を有する検出器
手段60とを包囲する。放射がクライオスタット91の外部
部分から内部部分へ到達し、したがって検出器手段60に
入射するように、入口ポートまたはエントリウィンドウ
90が設けられる。
【００３３】パルス管冷却装置 以下、パルス管冷却装置の構造と動作モードを説明す
る。図２は第１の特徴によるパルス管冷却装置の概略図
を示している。それに続く図面のように、同一の部分は
同一の参照符号により参照される。パルス管冷却装置の
冷却効果は周期的な圧力変化と、熱交換器を両端部に有
する薄い壁のシリンダ、いわゆるパルス管20の動作ガス
のシフト（“パルシング”）に基づいている。パルス管
20は再生装置40を介して圧力振動器10と接続されてい
る。再生装置40は仮の熱蓄積貯蔵器として動作し、これ
は圧力振動器10からの流入ガスをパルス管20に入る前に
冷却し、それに続いて流出ガスを再度室温まで加熱す
る。この目的で、これは流動ガスと良好な熱交換を有
し、同時に低い流動抵抗を有する高い熱容量の材料で充
填されることが好ましい。３０°Ｋを越える温度で、微
細なメッシュ構造のステンレス鋼フィルタまたは銅フィ
ルタのバッチが再生装置充填として使用される。より低
い温度では、高い熱容量の理由で、リードショットおよ
び最近では磁気材料、例えばＥｒ−Ｎｉ合金も使用され
る。圧力振動を生成するため、図５で示されているよう
に回転弁15と組み合わせて負荷サイドに接続されるコン
プレッサ10が使用され、これはコンプレッサの高圧力サ
イドと低圧力サイドを冷却装置に周期的に接続する。そ
の代わりとして、弁なしにコンプレッサのピストン運動
によって直接圧力振動が発生されることもできる。
る。図２は第１の特徴によるパルス管冷却装置の概略図
を示している。それに続く図面のように、同一の部分は
同一の参照符号により参照される。パルス管冷却装置の
冷却効果は周期的な圧力変化と、熱交換器を両端部に有
する薄い壁のシリンダ、いわゆるパルス管20の動作ガス
のシフト（“パルシング”）に基づいている。パルス管
20は再生装置40を介して圧力振動器10と接続されてい
る。再生装置40は仮の熱蓄積貯蔵器として動作し、これ
は圧力振動器10からの流入ガスをパルス管20に入る前に
冷却し、それに続いて流出ガスを再度室温まで加熱す
る。この目的で、これは流動ガスと良好な熱交換を有
し、同時に低い流動抵抗を有する高い熱容量の材料で充
填されることが好ましい。３０°Ｋを越える温度で、微
細なメッシュ構造のステンレス鋼フィルタまたは銅フィ
ルタのバッチが再生装置充填として使用される。より低
い温度では、高い熱容量の理由で、リードショットおよ
び最近では磁気材料、例えばＥｒ−Ｎｉ合金も使用され
る。圧力振動を生成するため、図５で示されているよう
に回転弁15と組み合わせて負荷サイドに接続されるコン
プレッサ10が使用され、これはコンプレッサの高圧力サ
イドと低圧力サイドを冷却装置に周期的に接続する。そ
の代わりとして、弁なしにコンプレッサのピストン運動
によって直接圧力振動が発生されることもできる。
【００３４】パルス管冷却装置の第１の特徴では、パル
ス管は暖端部22（図６）で閉じられる。品質に関して
は、冷却プロセスは以下のように進行する。圧縮相で
は、再生装置で予め冷却されたガスはパルス管20中へ流
れる。圧力の増加により、ガスはパルス管20中で加熱さ
れ、同時に暖熱交換器22へシフトされ、そこでコンプレ
ッサ熱の一部は環境へ放散される。それに続いて膨張す
るので、ガスはパルス管20中で冷却される。パルス管20
から出たガスはパルス管に入るガスよりも低温であり、
それ故、冷熱交換器24と冷却されるオブジェクト、例え
ば第２またはさらに別の冷却手段からの熱を吸収するこ
とができる。この特徴のプロセスのより正確な解析は、
ガスと管の壁との間に、冷端部24から暖端部22へ熱を転
送するための熱交換器（“表面熱ポンプ”）が必要とさ
れることを示している。しかしながら熱接触が管の壁の
薄いガス層でのみ生じるので、この冷却プロセスはこれ
以上には最適にされない。
ス管は暖端部22（図６）で閉じられる。品質に関して
は、冷却プロセスは以下のように進行する。圧縮相で
は、再生装置で予め冷却されたガスはパルス管20中へ流
れる。圧力の増加により、ガスはパルス管20中で加熱さ
れ、同時に暖熱交換器22へシフトされ、そこでコンプレ
ッサ熱の一部は環境へ放散される。それに続いて膨張す
るので、ガスはパルス管20中で冷却される。パルス管20
から出たガスはパルス管に入るガスよりも低温であり、
それ故、冷熱交換器24と冷却されるオブジェクト、例え
ば第２またはさらに別の冷却手段からの熱を吸収するこ
とができる。この特徴のプロセスのより正確な解析は、
ガスと管の壁との間に、冷端部24から暖端部22へ熱を転
送するための熱交換器（“表面熱ポンプ”）が必要とさ
れることを示している。しかしながら熱接触が管の壁の
薄いガス層でのみ生じるので、この冷却プロセスはこれ
以上には最適にされない。
【００３５】図３は第２の特徴によるパルス管冷却装置
20の概略図を示している。この場合、バラスト容量70を
流動抵抗（ニードル弁）26を介して暖熱交換器22に接続
することにより実質的な有効性の増加がある。一方、よ
り多くのガスが暖熱交換器22を通じて流れ、これは圧縮
熱をそこで放出できる。他方で、ガスをバラスト容量70
にシフトしたときガスはパルス管26中で動作し、それに
よって実質上さらに高い冷却効率に到達する。
20の概略図を示している。この場合、バラスト容量70を
流動抵抗（ニードル弁）26を介して暖熱交換器22に接続
することにより実質的な有効性の増加がある。一方、よ
り多くのガスが暖熱交換器22を通じて流れ、これは圧縮
熱をそこで放出できる。他方で、ガスをバラスト容量70
にシフトしたときガスはパルス管26中で動作し、それに
よって実質上さらに高い冷却効率に到達する。
【００３６】図４は第３の特徴によるパルス管冷却装置
の概略図を示しており、これによりパルス管20の暖部分
の圧力変化に必要なガス流の一部を暖端部の第２の入力
部を通って伝導することによって冷却装置の効率はさら
に増加されることができる。このガス流は再生装置40中
を流れないので、再生装置40中の損失は減少される。さ
らに、（バルブ28を有する）第２の入力部により、冷却
装置の圧力変化と流動変化のさらに好ましい時間シーケ
ンスが実現される。
の概略図を示しており、これによりパルス管20の暖部分
の圧力変化に必要なガス流の一部を暖端部の第２の入力
部を通って伝導することによって冷却装置の効率はさら
に増加されることができる。このガス流は再生装置40中
を流れないので、再生装置40中の損失は減少される。さ
らに、（バルブ28を有する）第２の入力部により、冷却
装置の圧力変化と流動変化のさらに好ましい時間シーケ
ンスが実現される。
【００３７】図５は図４よりもさらに詳細に図示した第
３の特徴によるパルス管冷却装置を概略した全体的な構
造を示している。このシステムでは、市販のヘリウムコ
ンプレッサ10がモータにより動作される回転弁15に供給
して、ヘリウムガス流を制御している。
３の特徴によるパルス管冷却装置を概略した全体的な構
造を示している。このシステムでは、市販のヘリウムコ
ンプレッサ10がモータにより動作される回転弁15に供給
して、ヘリウムガス流を制御している。
【００３８】機械的に減結合し、電磁妨害を減少するた
めに、実際の冷却装置と回転弁はフレキシブルなプラス
ティックライン12によって接続されることができる。
めに、実際の冷却装置と回転弁はフレキシブルなプラス
ティックライン12によって接続されることができる。
【００３９】パルス管冷却装置の実際の形状が図６の概
略断面図で示されている。できるだけ小さい（または場
所を取らない）構造形態を得るために、パルス管20と再
生装置40は同軸的に配置される。暖熱交換器22は周囲の
大気だけによって冷却される。ガス流を誘導するために
円錐に形成された内部表面を有する冷ヘッド24は冷却さ
れるオブジェクト95のオブジェクトキャリアと動作ガス
との（冷）熱交換器24として動作する。下部で冷却され
るオブジェクト95を包囲する一体化されたバラスト容量
70を有する真空絶縁タンク93はプレキシガラスから作ら
れ、それによって電子雑音の減少が実現される。パルス
管冷却装置の上端部に暖熱交換器またはパルス管用のガ
ス入力部94が設けられる。
略断面図で示されている。できるだけ小さい（または場
所を取らない）構造形態を得るために、パルス管20と再
生装置40は同軸的に配置される。暖熱交換器22は周囲の
大気だけによって冷却される。ガス流を誘導するために
円錐に形成された内部表面を有する冷ヘッド24は冷却さ
れるオブジェクト95のオブジェクトキャリアと動作ガス
との（冷）熱交換器24として動作する。下部で冷却され
るオブジェクト95を包囲する一体化されたバラスト容量
70を有する真空絶縁タンク93はプレキシガラスから作ら
れ、それによって電子雑音の減少が実現される。パルス
管冷却装置の上端部に暖熱交換器またはパルス管用のガ
ス入力部94が設けられる。
【００４０】１つのパルス管冷却装置の使用とは別に、
図１で既に示したように特に低温を生成するために２段
パルス管冷却装置システムを使用することも可能であ
る。
図１で既に示したように特に低温を生成するために２段
パルス管冷却装置システムを使用することも可能であ
る。
【００４１】図７は最も重要な部分を有する２段のパル
ス管冷却装置システムの概略図を示している。圧力振動
を発生するため、コンプレッサ10は回転弁15に結合され
ている。ライン12は回転弁15とパルス管冷却装置システ
ムとを接続する。このシステムは第１の段の再生装置40
と第２の段の再生装置50と、２つの再生装置の間に配置
された流動ストレートナ45とを有する。パルス管冷却装
置システムはさらに暖熱交換器22と冷熱交換器または冷
ヘッド24を有する第１のパルス管20と、暖熱交換器32と
冷熱交換器または冷ヘッド34を有する第２のパルス管30
とを具備している。それぞれの暖熱交換器22および32は
例えばニードル弁26、36の形態のスロットル弁を経て共
通のバラストタンクまたはバラスト容量70により接続さ
れている。さらに、共通のバラスト容量の代わりに２つ
の別々のバラスト容量が使用されることもできる。さら
にバルブ28、38が第２の入力部用のそれぞれの暖熱交換
器22、32に設けられる。それによって第１のパルス管20
の冷ヘッド24は熱遮蔽体または放射遮蔽体92により包囲
される区域で予め適切な最大温度５０°Ｋまで冷却さ
れ、一方、第２のパルス管30の冷端部34では約２．２乃
至４．２°Ｋの温度が与えられる（C. Wang ：“A two-
stage pulse tube cooler operating below 4K”、Cryo
genics 1997 、37巻、No.3と比較）。
ス管冷却装置システムの概略図を示している。圧力振動
を発生するため、コンプレッサ10は回転弁15に結合され
ている。ライン12は回転弁15とパルス管冷却装置システ
ムとを接続する。このシステムは第１の段の再生装置40
と第２の段の再生装置50と、２つの再生装置の間に配置
された流動ストレートナ45とを有する。パルス管冷却装
置システムはさらに暖熱交換器22と冷熱交換器または冷
ヘッド24を有する第１のパルス管20と、暖熱交換器32と
冷熱交換器または冷ヘッド34を有する第２のパルス管30
とを具備している。それぞれの暖熱交換器22および32は
例えばニードル弁26、36の形態のスロットル弁を経て共
通のバラストタンクまたはバラスト容量70により接続さ
れている。さらに、共通のバラスト容量の代わりに２つ
の別々のバラスト容量が使用されることもできる。さら
にバルブ28、38が第２の入力部用のそれぞれの暖熱交換
器22、32に設けられる。それによって第１のパルス管20
の冷ヘッド24は熱遮蔽体または放射遮蔽体92により包囲
される区域で予め適切な最大温度５０°Ｋまで冷却さ
れ、一方、第２のパルス管30の冷端部34では約２．２乃
至４．２°Ｋの温度が与えられる（C. Wang ：“A two-
stage pulse tube cooler operating below 4K”、Cryo
genics 1997 、37巻、No.3と比較）。
【００４２】パルス管冷却装置を具備している本発明に
よる検出器装置の冷却システムは可動部分がないために
振動がほとんどなく、それ故、特にＳＱＵＩＤのような
冷却感知センサには適している。
よる検出器装置の冷却システムは可動部分がないために
振動がほとんどなく、それ故、特にＳＱＵＩＤのような
冷却感知センサには適している。
【００４３】検出器装置 本発明による検出器装置中の検出器手段として、マイク
ロ熱量計が例えば使用されることができ、そのセンサは
相転移温度計である。通常、マイクロ熱量計は有限の幅
を有する超伝導相への正常伝導の転移温度範囲を有する
超伝導材料を含んだ温度計からなるセンサ手段を含んで
おり、転移温度は転移温度範囲の中心にあり、転移温度
範囲内の超伝導材料の電気抵抗は温度の増加と共に増加
する。マイクロ熱量計はさらに温度計に熱的に結合し入
射粒子または放射と相互作用する吸収体を具備する。温
度計の転移温度よりも低い温度の動作温度を供給する冷
却手段が設けられており、温度計の温度動作点は加熱手
段により転移温度範囲内で調節可能である。入射粒子ま
たは放射による抵抗変化を登録するために、読出し電子
装置が設けられ、これは電気的または磁気的に温度計に
接続され、温度計を流れる電流を検出する。与えられる
冷却性能を最小にするため、冷却手段と加熱手段は相互
に別々のセンサ手段と熱的に接続されることが好まし
い。信号加速を改良するため、冷却手段または加熱手段
またはその両者は同時にセンサ手段と広範囲に（区域を
経て）熱的に接続される。広範囲の熱結合により、結合
は拡大された接触部を経て結合ワイヤの場合のような疑
似点の形態だけでなく行われることが理解される。
ロ熱量計が例えば使用されることができ、そのセンサは
相転移温度計である。通常、マイクロ熱量計は有限の幅
を有する超伝導相への正常伝導の転移温度範囲を有する
超伝導材料を含んだ温度計からなるセンサ手段を含んで
おり、転移温度は転移温度範囲の中心にあり、転移温度
範囲内の超伝導材料の電気抵抗は温度の増加と共に増加
する。マイクロ熱量計はさらに温度計に熱的に結合し入
射粒子または放射と相互作用する吸収体を具備する。温
度計の転移温度よりも低い温度の動作温度を供給する冷
却手段が設けられており、温度計の温度動作点は加熱手
段により転移温度範囲内で調節可能である。入射粒子ま
たは放射による抵抗変化を登録するために、読出し電子
装置が設けられ、これは電気的または磁気的に温度計に
接続され、温度計を流れる電流を検出する。与えられる
冷却性能を最小にするため、冷却手段と加熱手段は相互
に別々のセンサ手段と熱的に接続されることが好まし
い。信号加速を改良するため、冷却手段または加熱手段
またはその両者は同時にセンサ手段と広範囲に（区域を
経て）熱的に接続される。広範囲の熱結合により、結合
は拡大された接触部を経て結合ワイヤの場合のような疑
似点の形態だけでなく行われることが理解される。
【００４４】図８は本発明にしたがって、検出器装置の
場合に検出器手段として使用されることができるマイク
ロ熱量計の構成要素の実際の形状の概略図を示してい
る。
場合に検出器手段として使用されることができるマイク
ロ熱量計の構成要素の実際の形状の概略図を示してい
る。
【００４５】図８のａはマイクロ熱量計の配置の平面図
を示し、図８のｂは図８のａで示されているラインｂ−
ｂに沿った断面図を示しており、図８のｃは図８のａで
示されているラインｃ−ｃに沿った断面図を示してい
る。上方から下方を見ると、温度計（超伝導フィルム）
101 がアルミニウム接触表面、即ちアルミニウム結合パ
ッド135 、136 を介して電気的に接触され、読出し電子
装置、例えば一般的な前置増幅器装置により、しかし好
ましくはＳＱＵＩＤシステムによって超伝導ワイヤ145
、146 を経て読出される。加熱素子として金のヒータ1
22 、123 が導電性吸収体102 を介して接続される。こ
れらはアルミニウム結合パッド137 、138 を介して電気
的に接触され、超伝導体ワイヤ147 、148 を介して電圧
源（図示せず）に接続される。金のヒータはそれらの熱
伝導性により温度計101 と吸収体に結合される。基体13
0 はそれによって冷却手段との結合を与える。
を示し、図８のｂは図８のａで示されているラインｂ−
ｂに沿った断面図を示しており、図８のｃは図８のａで
示されているラインｃ−ｃに沿った断面図を示してい
る。上方から下方を見ると、温度計（超伝導フィルム）
101 がアルミニウム接触表面、即ちアルミニウム結合パ
ッド135 、136 を介して電気的に接触され、読出し電子
装置、例えば一般的な前置増幅器装置により、しかし好
ましくはＳＱＵＩＤシステムによって超伝導ワイヤ145
、146 を経て読出される。加熱素子として金のヒータ1
22 、123 が導電性吸収体102 を介して接続される。こ
れらはアルミニウム結合パッド137 、138 を介して電気
的に接触され、超伝導体ワイヤ147 、148 を介して電圧
源（図示せず）に接続される。金のヒータはそれらの熱
伝導性により温度計101 と吸収体に結合される。基体13
0 はそれによって冷却手段との結合を与える。
【００４６】第１の冷却温度を与え、第１のパルス管冷
却装置が第２のパルス管冷却装置を予め冷却する２段パ
ルス管冷却システムを具備する第１の冷却手段と、第１
の冷却温度よりも低い温度の第２の冷却温度を与え、前
記第１の冷却手段により予め冷却される第２の冷却装置
とを有する冷却システムを具備している検出器装置につ
いて説明した。さらに、検出器装置は、センサにより低
温効果に基づいて粒子、放射またはフィールドを検出す
るための検出器手段を具備し、この検出器手段は前記第
２の冷却手段に熱的に結合されている。したがって、検
出器装置には比較的簡単に構成された冷却システムが設
けられており、それによって冷却システムの低い複雑性
のために良好なエネルギ解像度を有し、どのような場所
でもセンサを動作させることができる。
却装置が第２のパルス管冷却装置を予め冷却する２段パ
ルス管冷却システムを具備する第１の冷却手段と、第１
の冷却温度よりも低い温度の第２の冷却温度を与え、前
記第１の冷却手段により予め冷却される第２の冷却装置
とを有する冷却システムを具備している検出器装置につ
いて説明した。さらに、検出器装置は、センサにより低
温効果に基づいて粒子、放射またはフィールドを検出す
るための検出器手段を具備し、この検出器手段は前記第
２の冷却手段に熱的に結合されている。したがって、検
出器装置には比較的簡単に構成された冷却システムが設
けられており、それによって冷却システムの低い複雑性
のために良好なエネルギ解像度を有し、どのような場所
でもセンサを動作させることができる。
【図１】検出器手段がクライオスタット中に構成されて
いる本発明による検出器装置の概略図。
いる本発明による検出器装置の概略図。
【図２】第１の特徴によるパルス管冷却装置の概略図。
【図３】第２の特徴によるパルス管冷却装置の概略図。
【図４】第３の特徴によるパルス管冷却装置の概略図。
【図５】図４よりもさらに詳細に図示した第３の特徴に
よるパルス管冷却装置の概略図。
よるパルス管冷却装置の概略図。
【図６】パルス管冷却装置の実際の形状の概略断面図。
【図７】最も重要な部分を有する２段パルス管冷却装置
システムの概略図。
システムの概略図。
【図８】検出器装置として使用されるマイクロ熱量計の
実際の形状の概略図。
実際の形状の概略図。
Claims (18)
- 【請求項１】 冷却システムおよび検出器手段を具備
し、 冷却システムは、 第１の冷却温度を与え、第１のパルス管冷却装置が第２
のパルス管冷却装置を予め冷却する２段のパルス管冷却
システムを具備する第１の冷却手段と、 第１の冷却温度よりも低い温度の第２の冷却温度を与
え、前記第１の冷却手段により予め冷却される第２の冷
却手段とを具備し、 検出器手段は、前記第２の冷却手段に熱的に結合され、
粒子、放射、またはフィールドをセンサにより低温効果
に基づいて検出することを特徴とする検出器装置。 - 【請求項２】 前記第１の冷却手段は３以上のパルス管
冷却装置を具備していることを特徴とする請求項１記載
の検出器装置。 - 【請求項３】 前記第１の冷却手段の前記パルス管冷却
装置は、これらが幾つかの連続的な冷却段で第１の冷却
温度に到達するように配置されていることを特徴とする
請求項２記載の検出器装置。 - 【請求項４】 各パルス管冷却装置は、 熱が外側から吸収される冷暖交換器が一端部に設けら
れ、他端部には熱が外側に放出される暖熱交換器が設け
られているパルス管と、 暫定的な熱貯蔵器として作用する再生装置と、 周期的な圧力変化を生成するように動作する圧力振動器
とを具備し、 端部に前記冷熱交換器が設けられ前記パルス管は、それ
ぞれのラインにより再生装置を介して前記圧力振動器に
接続され、それによって前記パルス管と前記圧力振動器
の間で動作ガスの周期的なシフトが可能にされているこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずか１項記載の検出
器装置。 - 【請求項５】 前記パルス管の前記暖熱交換器が設けら
れている端部は、さらに流動抵抗と、バラスト容量を受
けるための容器を具備していることを特徴とする請求項
４記載の検出器装置。 - 【請求項６】 各パルス管冷却装置はさらに、前記暖熱
交換器が設けられている前記パルス管のそれぞれの端部
から、前記圧力振動器と前記再生装置の間に設けられて
いるラインまで延在している第２のラインを具備し、こ
の第２のラインは可変流動抵抗を有していることを特徴
とする請求項５記載の検出器装置。 - 【請求項７】 前記第２の冷却手段はパルス管の前記冷
熱交換器の位置またはその付近に位置されていることを
特徴とする請求項４記載の検出器装置。 - 【請求項８】 前記検出器手段は前記センサに熱的に結
合されている吸収体をさらに具備し、そこにおいてでは
入射する粒子および／または放射と相互作用することを
特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の検出器
装置。 - 【請求項９】 加熱手段は熱的に前記検出器手段に結合
されていることをさらに特徴とする請求項１乃至８のい
ずれか１項記載の検出器装置。 - 【請求項１０】 前記センサは転移エッジ温度計を含ん
でいることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項
記載の検出器装置。 - 【請求項１１】 前記センサはＳＩＳダイオードまたは
ＮＩＳダイオードのような超伝導体トンネルダイオード
を具備していることを特徴とする請求項１乃至９のいず
れか１項記載の検出器装置。 - 【請求項１２】 前記センサはＮＴＤサーミスタのよう
なサーミスタを具備していることを特徴とする請求項１
乃至９のいずれか１項記載の検出器装置。 - 【請求項１３】 前記センサは磁気ボロメータを具備し
ていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項
記載の検出器装置。 - 【請求項１４】 前記検出器手段は複数のセンサを具備
していることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか
１項記載の検出器装置。 - 【請求項１５】 前記吸収体は誘電体または半導体また
は金属または半金属または半金属合金または超伝導体ま
たはそれらの個々の材料の組合わせからなることを特徴
とする請求項６乃至１４のいずれか１項記載の検出器装
置。 - 【請求項１６】 前記第２の冷却手段は、減磁段、また
は3 Ｈｅ／4 Ｈｅ希釈剤冷凍装置または3 Ｈｅ−冷却装
置、またはヘリウムコンプレッサ冷却装置のような機械
的な冷却装置、またはペルチエ素子のような電子冷却手
段、またはＮＩＳダイオードのような超伝導トンネルダ
イオードを具備することを特徴とする請求項１乃至１５
のいずれか１項記載の検出器装置。 - 【請求項１７】 前記冷却システムは、前記検出器手段
が含まれているクライオスタットの一部分であり、前記
クライオスタットはさらに試験される粒子および放射を
クライオスタットの外部からクライオスタットの内部
の、検出器手段へ通過するための入口ポートを具備して
いることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項
記載の検出器装置。 - 【請求項１８】 前記クライオスタットはＸ線レンズま
たはウォルタ装置またはフレネルレンズのような焦点形
成手段または焦点形成管の束または電気的焦点形成手段
／焦点を外す手段または磁気焦点形成手段／焦点を外す
手段を具備していることを特徴とする請求項１７項記載
の検出器装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29823004U DE29823004U1 (de) | 1998-04-21 | 1998-12-23 | Detektorvorrichtung |
| DE29823004.6 | 1998-12-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000205960A true JP2000205960A (ja) | 2000-07-28 |
Family
ID=8067148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11361257A Pending JP2000205960A (ja) | 1998-12-23 | 1999-12-20 | 検出器装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6230499B1 (ja) |
| EP (1) | EP1014056A3 (ja) |
| JP (1) | JP2000205960A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008527309A (ja) * | 2005-01-19 | 2008-07-24 | レイセオン・カンパニー | 同軸の第２の段を有する多段低温冷却装置 |
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|---|---|---|---|---|
| KR100393792B1 (ko) * | 2001-02-17 | 2003-08-02 | 엘지전자 주식회사 | 맥동관 냉동기 |
| DE10296590T5 (de) * | 2001-03-27 | 2004-04-22 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Hoch-Niedrig-Druckgas-Wegeventil für Kühleinrichtung |
| KR100629215B1 (ko) * | 2001-06-21 | 2006-09-27 | 에어 워터 가부시키가이샤 | 축냉형 냉동기 및 펄스관 냉동기 |
| US7201004B2 (en) * | 2002-01-08 | 2007-04-10 | Shi-Apd Cryogenics, Inc. | Panels for pulse tube cryopump |
| DE10216786C5 (de) * | 2002-04-15 | 2009-10-15 | Ers Electronic Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Konditionierung von Halbleiterwafern und/oder Hybriden |
| DE20219009U1 (de) * | 2002-12-06 | 2004-04-22 | Vericold Technologies Gmbh | Detektorvorrichtung |
| DE10317888B3 (de) * | 2003-04-17 | 2004-12-16 | Vericold Technologies Gmbh | Kryo-Detektorvorrichtung |
| US6813892B1 (en) * | 2003-05-30 | 2004-11-09 | Lockheed Martin Corporation | Cryocooler with multiple charge pressure and multiple pressure oscillation amplitude capabilities |
| CN101087981B (zh) * | 2004-03-10 | 2010-05-12 | 普莱克斯技术有限公司 | 具有无油驱动器的低频脉冲管 |
| CA2562063A1 (en) * | 2004-04-14 | 2005-10-27 | Baraldi Chemgroup Srl | Method to optimise temperature regulation in technological processes |
| DE102004054750A1 (de) * | 2004-11-12 | 2006-05-24 | Vericold Technologies Gmbh | Kryodetektorvorrichtung |
| CN100579619C (zh) * | 2005-02-08 | 2010-01-13 | 住友重机械工业株式会社 | 改进的低温泵 |
| KR100628661B1 (ko) | 2006-04-17 | 2006-09-27 | 포스낙(주) | 포토센서의 냉각구조 |
| DE102006030288B3 (de) * | 2006-06-30 | 2007-12-27 | Vericold Technologies Gmbh | Kryo-Detektorvorrichtung mit Temperaturstabilisierungseinrichtung |
| DE102007028865B3 (de) * | 2007-06-22 | 2009-01-29 | Vericold Technologies Gmbh | Tieftemperaturvorrichtung |
| DE102008062612B4 (de) * | 2007-12-25 | 2018-10-25 | Hitachi High-Tech Science Corporation | Röntgenstrahlen-Analysator |
| US8147133B2 (en) * | 2009-05-26 | 2012-04-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Top loaded twin cell calorimeter system with removable reference |
| US20120201268A1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-09 | Stc.Unm | Optical absorption meter |
| US9186601B2 (en) | 2012-04-20 | 2015-11-17 | Sumitomo (Shi) Cryogenics Of America Inc. | Cryopump drain and vent |
| CN103377788A (zh) * | 2012-04-27 | 2013-10-30 | 中国科学院高能物理研究所 | 超导磁体系统 |
| JP6324060B2 (ja) * | 2013-12-24 | 2018-05-16 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | Ｘ線分析装置 |
| KR101632280B1 (ko) * | 2014-09-05 | 2016-07-01 | 한국표준과학연구원 | 냉각기 냉각형 스퀴드 측정 장치 |
| CN107430920B (zh) * | 2015-04-10 | 2019-06-07 | 三菱电机株式会社 | 超导磁体 |
| CN114636262A (zh) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种热开关 |
Family Cites Families (12)
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