JP2007093587A - Superconductive radiation detector and superconductive radiation analyzer using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線を検出する超電導放射線検出装置およびそれを用いた超電導放射線分析装置に関し、特に超電導放射線検出装置に対する外部からの熱による影響を減少させ、高精度の放射線測定を可能にする技術に関する。 The present invention relates to a superconducting radiation detection apparatus for detecting radiation and a superconducting radiation analysis apparatus using the same, and more particularly to a technique for reducing the influence of external heat on the superconducting radiation detection apparatus and enabling highly accurate radiation measurement. .
電子線、イオン、X線などの放射線を検出するための超電導放射線検出器として、TES(Transition Edge Sensor)と呼ばれる超電導転移端検出器が開発されている。これは、入射された放射線のエネルギーを熱に変換して検出するカロリーメータの一種で、従来の半導体検出器を用いた放射線検出器に比べて高感度かつ高エネルギー分解能の放射線検出ができることが知られている。 A superconducting transition edge detector called TES (Transition Edge Sensor) has been developed as a superconducting radiation detector for detecting radiation such as electron beams, ions, and X-rays. This is a type of calorimeter that detects the energy of incident radiation by converting it into heat, and is known to be able to detect radiation with higher sensitivity and higher energy resolution than conventional radiation detectors using semiconductor detectors. It has been.
図8に超電導放射線検出器であるTESの絶対温度に対するTESの抵抗の関係の一例を示す。TESの温度と抵抗の関係において、電気抵抗をもつ高温側を常伝導状態119と、臨界温度Tc以下の低温にしたときに電気抵抗がゼロとなる超電導状態117と、その中間状態である転移状態118がある。この転移状態となる領域は超電導転移端と呼ばれ、この領域では微小な温度変化に対してTESの抵抗が大きく変動する。これにより、入射した放射線のエネルギーにより生じる数mKというわずかな絶対温度の変化によって、定電圧にバイアスされているTESに急激な抵抗変化が生じ、この抵抗変化によってTESに流れる電流値が変化するので、電流変化幅を測定することで放射線のエネルギーを検出することができる。
FIG. 8 shows an example of the relationship of the resistance of TES to the absolute temperature of TES which is a superconducting radiation detector. In the relationship between the temperature and resistance of TES, the high-temperature side with electrical resistance is in the
そして、この放射線入射に伴うTESに流れる数μA程度の微弱な電流の変化は、SQUID(超電導量子干渉素子;Superconducting Quantum Interference Device)アンプを低温初段増幅器として用いることで検出され信号増幅される。 Then, a slight current change of about several μA flowing through the TES due to the radiation incidence is detected and signal amplified by using a SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) amplifier as a low temperature first stage amplifier.
また、超電導放射線検出器となるTESを駆動させるためには、TESの転移状態となる温度に保たなくてはならない。通常、絶対温度100mK程度の極低温まで冷却し、低温初段増幅器となるSQUIDアンプにおいても、超電導を利用した素子を用いているので、少なくとも4K程度に冷却する必要があることが知られている。(例えば、非特許文献1を参照)。 Further, in order to drive the TES serving as the superconducting radiation detector, it must be maintained at a temperature at which the TES transition state is achieved. It is known that the SQUID amplifier, which is normally cooled to an extremely low temperature of about 100 mK and is a low-temperature first stage amplifier, uses an element utilizing superconductivity, and therefore needs to be cooled to at least about 4K. (For example, refer nonpatent literature 1).
図9に超電導放射線検出器となるTESを用いた超電導放射線検出装置の全体構成図の一例を示す。超電導放射線検出装置114は、外部からの断熱のために内部を真空ポンプ(図示せず)にて真空状態にすることが可能な真空容器外装100の内側に、絶対温度77Kの液体窒素で冷却する液体窒素タンク101と、液体窒素タンク101の内側に絶対温度4Kの液体ヘリウムで冷却する液体ヘリウムタンク102が備えられている。さらに、外部から断熱されたこれらの内部に設けられた3Heと4Heの混合物を使った希釈冷凍機、または断熱消磁用冷凍機などの冷凍機103により、冷凍機103に接続された冷却ヘッド104を冷却し、例えば絶対温度100mK以下まで冷却する。
FIG. 9 shows an example of an overall configuration diagram of a superconducting radiation detection apparatus using a TES serving as a superconducting radiation detector. The superconducting
図10に、図9の超電導放射線装置114の冷却ヘッド104の先端部のセンサー実装部105の周辺を拡大した概略構成図を示す。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram enlarging the periphery of the
液体窒素タンク101および液体ヘリウムタンク102にそれぞれ接続された金属をセンサー実装部105周辺まで設けて、それぞれを液体窒素シールド層106および液体ヘリウムシールド層107とする。これにより、冷却ヘッド104の先端周辺も、外側から、真空容器外装100、液体窒素シールド層106、液体ヘリウムシールド層107の順に、室温からの熱遮蔽をするような構成がなされ、冷却ヘッド104を絶対温度100mK以下になるように冷却することができる。
Metals connected to the
さらに、液体ヘリウムシールド層107の内側に、超電導放射線検出器1としてTES、低温初段増幅器2としてSQUIDアンプが冷却ヘッド104の先端面4に固定されている。
一般的に、低温初段増幅器は、充分に増幅するために複数のSQUIDを直列に接続した構成からなるSQUIDアンプと呼ばれるものが用いられている。
Further, inside the liquid
In general, a low-temperature first-stage amplifier is called a SQUID amplifier having a configuration in which a plurality of SQUIDs are connected in series in order to sufficiently amplify.
超電導放射線検出器1であるTESの端子の片側は、低温初段増幅器2となるSQUIDアンプと超電導配線5で接続され、他方は超電導放射線検出器1に定電圧バイアスを印加するための室温領域に設けたバイアス電源(図示せず)から銅などの配線など介して、超電導配線で接続されている。
One side of the terminal of the TES which is the
ここで、入射する放射線により超電導放射線検出器1となるTESで発生するジュール熱はnWオーダーの非常にわずかな発熱量であるので、前述したようにTESは絶対温度100mK程度まで冷却する必要があり、かつ絶対温度4Kの液体ヘリウムを用いて冷却されている液体ヘリウムシールド層107からのTESへの輻射熱を遮蔽して、TESを安定的に冷却するために熱シールド板6が設けてられている。
Here, since Joule heat generated in the TES that becomes the
熱シールド板6は、超電導放射線検出器1であるTESや低温初段増幅器2であるSQUIDアンプと液体ヘリウムシールド層107との間に設けられた板状のものであり、高熱伝導性で比熱が小さい材料で常伝導材料である銅(Cu)や金(Au)などが用いられ、外部からの放射線が超電導放射線検出器に入射するように真空容器外装100、液体窒素シールド層106、液体ヘリウムシールド層107のそれぞれに放射線透過膜8が設けられている。この放射線透過膜8は、X線などの放射線が透過できるようなベリリウムなど材料からなる薄膜が用いられ、さらに外部からの輻射熱を防いだり、外部との圧力差を維持したりする役割も果たしている。また、この熱シールド板6は、絶対温度100mK以下に冷却された冷却ヘッド104に接続されることで冷却されている。このようにして、外部からの輻射熱を遮蔽してTESやSQUIDアンプを正常に動作する温度に保つようにしている。
The
さらに、超電導現象を利用したTESやSQUIDは、外部磁場により特性の影響を受けやすい。例えば、TESでは、外部磁場によりTESに流れる電流が変化し、TESの温度-抵抗の関係が変化するなどの特性に悪影響を与える。そこで、外部磁場による影響を防ぐために、冷却ヘッドに超電導材料を使用した基板を設けたり、磁気遮蔽効果の高いパーマロイ(鉄ニッケル合金)からなる磁気シールド容器(図示せず)でTESの周辺を覆うようにしている。(例えば、特許文献1を参照)
また、SQUIDは、脳から発生するような微小磁場を高感度に検出する高感度磁場検出装置に利用されていることが知られている。
In addition, it is known that SQUID is used in a high-sensitivity magnetic field detection device that detects a minute magnetic field generated from the brain with high sensitivity.
しかしながら、外部からの熱や磁場の影響を防ぐために上記のようにしても、以下のような問題が残されている。 However, in order to prevent the influence of heat and magnetic field from the outside, the following problems remain.
外部からの輻射熱を遮断するための設けられた熱シールド板に用いられている銅などの金属では、抵抗体内において伝導電子の不規則なゆらぎによって熱ノイズが生じる。この熱ノイズにより磁気ノイズを生じる電流ノイズにより、磁気に対して高い感度を持つTESやSQUIDにおいて影響を受けて測定精度に大きく影響する。また、発生する電流ノイズは抵抗体の抵抗値の平方根に反比例することが知られている。 In a metal such as copper used for a heat shield plate provided to block radiant heat from the outside, thermal noise is generated due to irregular fluctuation of conduction electrons in the resistor. The current noise that generates magnetic noise due to the thermal noise is affected by TES and SQUID having high sensitivity to magnetism, and greatly affects the measurement accuracy. Further, it is known that the generated current noise is inversely proportional to the square root of the resistance value of the resistor.
従って、絶対温度100mK以下に冷却された冷却ヘッドに接続される熱シールド板の抵抗値は非常に小さい値となり、発生する磁気ノイズが大きくなるので、超電導放射線検出器であるTES素子や低温初段増幅器であるSQUIDアンプの特性が影響を受けて、高精度な測定ができないという問題が生じていた。特に、SQUIDは高感度の磁場検出素子として知られており、微小な磁場でSQUIDの特性が不安定になっていた。 Accordingly, the resistance value of the heat shield plate connected to the cooling head cooled to an absolute temperature of 100 mK or less becomes a very small value and the generated magnetic noise becomes large. Therefore, the TES element which is a superconducting radiation detector and the low temperature first stage amplifier As a result, the characteristics of the SQUID amplifier are affected, and there is a problem that high-precision measurement cannot be performed. In particular, SQUID is known as a highly sensitive magnetic field detecting element, and the characteristics of SQUID are unstable due to a minute magnetic field.
また、SQUIDアンプでTESからの出力信号を増幅するときに発熱が生じ、その熱がTESとSQUIDアンプとを接続する超電導配線を介して、TESや超電導配線の温度が上がるので、微小な温度を検出するTESにとって熱ノイズとなり測定精度が低下させたり、超電導配線にとっては超電導状態から常伝導状態になり、熱伝導性が大きくなりさらにTESの温度を上げたりするという問題があった。 In addition, heat is generated when the output signal from the TES is amplified by the SQUID amplifier, and the heat increases the temperature of the TES and the superconducting wiring through the superconducting wiring that connects the TES and the SQUID amplifier. For the TES to be detected, there is a problem that thermal noise is generated and the measurement accuracy is lowered, and for the superconducting wiring, the superconducting state is changed to the normal conducting state, the thermal conductivity is increased, and the temperature of the TES is further increased.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、低温初段増幅器で発生する熱の影響による超電導放射線検出器やそれらを接続する超電導配線への温度上昇を抑え、超電導放射線検出器や低温初段増幅器に対して液体ヘリウムシールド層など外部からの輻射熱の影響を低減しつつ磁気ノイズの影響を減少させることなど、外部からの熱や磁場環境の影響によるノイズを低減して高精度の放射線検出測定が可能な超電導放射線検出装置とそれを用いた放射線分析装置を提供するものである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to suppress the temperature rise to the superconducting radiation detector and the superconducting wiring connecting them due to the influence of heat generated in the low temperature first stage amplifier, and to the superconducting radiation detector and the low temperature first stage amplifier. Highly accurate radiation detection measurement is possible by reducing noise caused by external heat and magnetic field environment, such as reducing the influence of magnetic noise while reducing the influence of external radiant heat such as a liquid helium shield layer. A superconducting radiation detection apparatus and a radiation analysis apparatus using the same are provided.
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
本発明の超電導放射線検出装置は、放射線を検出する超電導放射線検出器と、前記超電導放射線検出器からの信号を増幅する低温初段増幅器と、冷却された冷却ヘッドに固定され、前記超電導放射線検出器の上方に前記冷却ヘッドに接続された熱シールド板と、を備え、放射線を検出する超電導放射線検出装置であって、前記低温初段増幅器の上方に熱シールド板が配され、前記低温初段増幅器と前記熱シールド板の間に超電導シールド膜を備えたことを特徴とするものである。 The superconducting radiation detector of the present invention is fixed to a superconducting radiation detector that detects radiation, a low-temperature first-stage amplifier that amplifies a signal from the superconducting radiation detector, and a cooled cooling head. A superconducting radiation detection device for detecting radiation, wherein a heat shield plate is disposed above the low-temperature first-stage amplifier, and the low-temperature first-stage amplifier and the heat-shielding plate are connected to the cooling head. A superconducting shield film is provided between the shield plates.
この超電導シールド膜は、少なくとも熱シールド板、冷却ヘッド、低温初段増幅器のいずれかを介して冷却されることを特徴とするものである。 This superconducting shield film is cooled through at least one of a heat shield plate, a cooling head, and a low-temperature first-stage amplifier.
さらに、超電導放射線検出器と熱シールド板の間に超電導シールド膜を備えていることを特徴とするものである。 Furthermore, a superconducting shield film is provided between the superconducting radiation detector and the heat shield plate.
また、本発明の超電導放射線検出装置は、放射線を検出する超電導放射線検出器と、前記超電導放射線検出器からの信号を増幅する低温初段増幅器と、冷却された冷却ヘッドに固定され、前記超電導放射線検出器の上方に前記冷却ヘッドに接続された熱シールド板と、を備え、放射線を検出する超電導放射線検出装置であって、前記低温初段増幅器と前記超電導放射線検出器とを接続する超電導配線の上方に前記冷却ヘッドに接続された熱シールド板を備えたことを特徴とするものである。 The superconducting radiation detector of the present invention is fixed to a superconducting radiation detector that detects radiation, a low-temperature first-stage amplifier that amplifies a signal from the superconducting radiation detector, and a cooled cooling head, and the superconducting radiation detector A superconducting radiation detection device for detecting radiation, above the superconducting wiring connecting the low-temperature first stage amplifier and the superconducting radiation detector. A heat shield plate connected to the cooling head is provided.
また、本発明の超電導放射線検出装置は、放射線を検出する超電導放射線検出器と、前記超電導放射線検出器からの信号を増幅する低温初段増幅器と、冷却された冷却ヘッドに固定され、前記超電導放射線検出器の上方に前記冷却ヘッドに接続された熱シールド板と、を備え、放射線を検出する超電導放射線検出装置であって、前記冷却ヘッドに固定される熱緩衝用電極端子を介して、前記低温初段増幅器と前記超電導放射線検出器とを超電導状態に保持された超電導配線で接続することを特徴とするものである。 The superconducting radiation detector of the present invention is fixed to a superconducting radiation detector that detects radiation, a low-temperature first-stage amplifier that amplifies a signal from the superconducting radiation detector, and a cooled cooling head, and the superconducting radiation detector A superconducting radiation detection device for detecting radiation, comprising a heat shield plate connected to the cooling head above the vessel, wherein the low temperature first stage is provided via a thermal buffer electrode terminal fixed to the cooling head. The amplifier and the superconducting radiation detector are connected by a superconducting wiring held in a superconducting state.
さらに、超電導配線や熱緩衝用電極端子上に前記冷却ヘッドに接続された熱シールド板を備えて、超電導配線や熱緩衝用電極端子と前記熱シールド板と間に超電導シールド膜を備えていることを特徴とするものである。 Further, a heat shield plate connected to the cooling head is provided on the superconducting wiring and the heat buffer electrode terminal, and a superconducting shield film is provided between the superconducting wiring and the heat buffer electrode terminal and the heat shield plate. It is characterized by.
さらに、前記の超電導放射線検出器が超電導転移端検出器や、前記の低温初段増幅器が複数の超電導量子干渉素子であることを特徴とするものである。 Further, the superconducting radiation detector is a superconducting transition edge detector, and the low-temperature first stage amplifier is a plurality of superconducting quantum interference elements.
または、本発明の放射線分析装置は、筐体と、前記筐体に納められた電子線、イオン、X線のいずれかを放出する一次線源と、上記に記載の超電導放射線検出装置を備え、前記一次線源からサンプルへの照射により、該サンプルから発生した二次放射線を前記超電導放射線検出装置で検出し、前記サンプルの分析をすることを特徴とするものである。 Alternatively, the radiation analyzer of the present invention includes a housing, a primary radiation source that emits one of electron beams, ions, and X-rays contained in the housing, and the superconducting radiation detection device described above, By irradiating the sample from the primary radiation source, secondary radiation generated from the sample is detected by the superconducting radiation detection device, and the sample is analyzed.
本発明の超電導放射線検出装置によれば、超電導放射線検出器や低温初段増幅器に対する外部からの輻射熱を防ぐだけでなく磁気ノイズの影響も低減することができ、かつ超電導放射線検出器や低温初段増幅器に接続する配線から介して外部からの熱侵入を低減することができるので、超電導放射線検出器や低温初段増幅器の動作が安定し、低ノイズで高精度の放射線検出測定が可能となる。本発明の超電導放射線分析装置によれば、このような超電導放射線検出装置を用いることで一次線源によりサンプルから射出した二次放射線を安定して高精度に放射線検出測定が可能となる。 According to the superconducting radiation detector of the present invention, it is possible not only to prevent radiant heat from the outside to the superconducting radiation detector and the low temperature first stage amplifier, but also to reduce the influence of magnetic noise, and to the superconducting radiation detector and the low temperature first stage amplifier. Since heat intrusion from the outside can be reduced through the wiring to be connected, the operation of the superconducting radiation detector and the low-temperature first-stage amplifier is stabilized, and highly accurate radiation detection measurement can be performed with low noise. According to the superconducting radiation analyzer of the present invention, by using such a superconducting radiation detector, secondary radiation emitted from the sample by the primary radiation source can be stably and highly accurately detected and measured.
本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
以下に示す本実施例は、センサー実装部105周辺の一部を除いて、図9で示した超電導放射線検出装置の全体構成図と同一の構成であり、同一の構成要素には同じ符号を記して詳細な説明は省略する。
The present embodiment shown below has the same configuration as the overall configuration diagram of the superconducting radiation detection apparatus shown in FIG. 9 except for a part around the
図1は本発明による超電導放射線検出装置の第1実施例を示した概略図である。超電導放射線検出器1としては、TESを用い、低温初段増幅器2としては複数個のSQUIDを直列接続させたSQUIDアンプを用いている。
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a superconducting radiation detection apparatus according to the present invention. The
超電導放射線検出装置の外部からの放射線は、図10と同様に真空容器外装100、液体窒素シールド層106、液体ヘリウムシールド層107、及び熱シールド板6のそれぞれに設けられた放射線透過膜8を通って超電導放射線検出器1に入射されるようになっている。ただし、冷凍機の仕様や冷凍能力などによっては、液体窒素シールド106が不必要な場合や、センサー実装部105周辺の系が真空容器外装100を設けなくとも、真空の中に納められている場合などは、必ずしもすべてのシールド層や外層が必要となるわけではない。
Radiation from the outside of the superconducting radiation detection apparatus passes through the
希釈冷凍機などの冷凍機103と接続された冷却ヘッド104は、超電導放射線検出器1と低温初段増幅器2を例えば100mK程度まで冷却するために、高熱伝導性の材料として無酸素銅を使用している。他の材料として、黄銅、りん青銅などを用いてもよい。
The cooling
図10と同様に例えば真空容器外装100、液体窒素シールド層106、液体ヘリウムシールド層107により、外部からの熱を遮断することにより、冷却ヘッド104の温度が維持できることで超電導放射線検出器1と低温初段増幅器2が作動する低温に保つようになっている。冷却された冷却ヘッド104の先端面4に、例えばワニスなどを用いて、超電導放射線検出器1、先端面4とは異なる面に低温初段増幅器2を実装されている。
As in FIG. 10, for example, the temperature of the cooling
先端面4には、液体ヘリウムシールド層107などの外部からの輻射熱を防ぐために超電導放射線検出器1の上方に、高熱伝導性の材料として無酸素銅を用いた熱シールド板6を設け、冷却ヘッド104と接続されている。これにより、熱シールド板6は冷却ヘッド104により冷却される。
A
超電導放射線検出器1および低温初段増幅器2への接続は、超電導放射線検出器1の信号をS/Nよく伝達し、かつ低温初段増幅器2で発生した熱を超電導放射線検出器1に伝えにくくする材料がよい。この材料として、超電導材料があげられる。超電導状態では、物質の抵抗がゼロになることから超電導放射線検出器1の信号をS/Nよく伝達することができ、熱伝導率が著しく小さくなることを利用して低温初段増幅器2で発生した熱を超電導放射線検出器1に伝えにくくすることができる。本実施例では、1000mK程度で超電導状態となるアルミニウムからなる超電導配線5を用いている。
The connection to the
本実施例では、冷却ヘッド104の表面に熱緩衝(熱アンカー)用電極端子11を固定し、この熱緩衝(熱アンカー)用電極端子11を介して超電導放射線検出器1および低温初段増幅器2を超電導配線5で接続するような構造にしている。
In this embodiment, a thermal buffer (thermal anchor)
この熱緩衝(熱アンカー)用電極端子11は、冷却ヘッド104の温度を効率的に伝えるために、低温で熱伝導性のよいシリコン基板上に、電気的に抵抗が小さい金(Au)電極を備えたものを用いた。シリコンは、冷却ヘッド104との電気的に絶縁する効果も持つ。また電極材としては、Auの他に、Cuなどの金属でもよい。熱緩衝(熱アンカー)用電極端子11は、低温で高熱伝導性である材料であり、ボンディング接合部分で抵抗の小さいものであればよい。これにより、冷却ヘッド104で冷却された熱緩衝(熱アンカー)用電極端子11により、低温初段増幅器2で生じた熱が、超電導配線5を通じて超電導放射線検出器1へ伝わらないようになる。また、このように超電導配線を熱緩衝(熱アンカー)用電極端子11につなぐことで、超電導配線5が部分的に温度上昇し常電導状態になることで生じる抵抗により、伝達する信号のS/Nを下げることがないようにする効果もある。
In order to efficiently transmit the temperature of the cooling
また、低温初段増幅器2を駆動制御し、検出信号を出力するために、冷却ヘッド104の表面に固定した電極端子9と低温初段増幅器2とを超電導配線5で接続し、電極端子9から銅などの材料からなる配線10を用いて常温の外部領域に設けた制御系装置(図示せず)に接続している。この電極端子9は、ガラスエポキシ材などのプリント基板を用い、配線10はハンダ付けを行って、接合する。これにより、冷却ヘッド104で冷却された電極端子9が常温である外部から配線10を通って伝わってくる熱を直接、超電導配線5を介して低温初段増幅器2に伝えないようになっている。
Further, in order to drive and control the low-temperature first-
図2は、本発明による超電導放射線検出装置の第2実施例を示した概略構成図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the superconducting radiation detection apparatus according to the present invention.
本実施例は、センサー実装部105周辺以外は第1実施例と同一の構成であり詳細な説明は省略する。
This embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except for the periphery of the
本実施例では、超電導配線5の上方に熱シールド板12を設けている。この熱シール板12は、高熱伝導性の無酸素銅を用い冷却ヘッド104で接続されている。
In this embodiment, a
これにより、超電導配線5に対する液体ヘリウムシールド層107などの外部からの輻射熱が低減し、輻射熱により超電導配線5で生じた熱が超電導放射線検出器1を温度上昇させることを防ぎ、さらに超電導配線5が温度上昇すると超電導状態からで常伝導状態になり、低温初段増幅器2で生じた熱も超電導放射線検出器1に伝達したりすることを防ぐことができる。また、超電導配線5を完全に超電導状態に保つことで、超電導放射線検出器1の信号をS/Nを下げることなく伝達することができる。
Thereby, the radiation heat from the outside such as the liquid
図3は、本発明による超電導放射線検出装置の第3実施例を示した概略構成図である。第2実施例と同様に、第3実施例についてもセンサー実装部105周辺以外は第1実施例と同一の構成であり、かつ第1実施例と同じ構成要素である部分の詳細な説明は省略する。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a third embodiment of the superconducting radiation detection apparatus according to the present invention. Similar to the second embodiment, the third embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except for the periphery of the
超電導放射線検出器1と低温初段増幅器2とを先端面4に実装し、超電導放射線検出器1と低温初段増幅器2の上方に冷却ヘッド104に接続された熱シールド板6を備え、かつ少なくとも低温初段増幅器2と熱シールド板6の間に、超電導シールド膜7を備え、本実施例では、この超電導シールド膜7として1000mK程度で超電導状態となるアルミニウム(Al)を用いた。
The
尚、本実施例では超電導シールド膜7として、熱シールド板6に、アルミニウムの箔を貼り付けたが、ニオブ(Nb)などの他の超伝導体の箔を貼り付けたり、蒸着・メッキ法などの成膜手段で形成したものでもよい。さらに、超伝導シールド膜7は、熱シールド板6に貼り付けなくとも、超電導シールド膜7が超伝導状態になるようであれば、超電導放射線検出器1または低温初段増幅器2と熱シールド板6の間に設けても良い。例えば、超電導放射線検出器1や低温初段増幅器2側に設けてもよい。その場合に、超電導放射線検出器1や低温初段増幅器2と超電導シールド膜7とが導通しないように、絶縁層を介することでもよい。これにより、超電導放射線検出器1や低温初段増幅器2、または冷却ヘッド104により超電導シールド膜7が冷却され、超電導状態となり磁気遮断性能が高くなる。
In this embodiment, an aluminum foil is attached to the
これにより、熱シールド板6により超電導放射線検出器1または低温初段増幅器2への輻射熱を遮断し、かつ熱シールド板6で生じる熱ノイズによって発生する磁気ノイズを超電導シールド膜7で低減することができる。
Thereby, the
図4は、本発明による超電導放射線検出装置の第4実施例を示した概略構成図である。第4実施例は、先端面4の実装部分以外は、第3実施例と同様である為、詳細な説明は省略する。第3実施例との相違点は以下の2点である。1点目は冷却ヘッド4の表面にシリコンなど熱緩衝(熱アンカー)用電極端子11を固定し、この熱緩衝(熱アンカー)用電極端子11を介して超電導放射線検出器1および低温初段増幅器2を超電導配線5で接続している点である。これにより、低温初段増幅器2で生じた熱が、超電導配線5を通じて超電導放射線検出器1へ伝わらないようになると共に、超電導配線5が部分的に温度上昇し常電導状態になることで生じる抵抗により、伝達する信号のS/Nを下げることがないようにする効果もある。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the superconducting radiation detection apparatus according to the present invention. Since the fourth embodiment is the same as the third embodiment except for the mounting portion of the
また、2点目は超電導シールド膜7が超電導放射線検出器1と熱シールド板6の間にも設けてある点である。これにより、熱シールド板6により超電導放射線検出器1に対しても、熱シールド板6で生じる熱ノイズによって発生する磁気ノイズを超電導シールド膜7で低減することができ、より高精度な測定が可能となる。尚、超電導放射線検出装置の外部からの放射線が超電導放射線検出器1に入射するように、放射線透過膜8と超電導放射線検出器1との間には超電導シールド膜7は設けないようにしてある。
The second point is that a
図5は、本発明による超電導放射線検出装置の第5実施例を示した概略構成図である。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a fifth embodiment of the superconducting radiation detection apparatus according to the present invention.
センサー実装部105周辺以外は第2実施例と同一の構成であり詳細な説明は省略する。第2実施例との相違点は、低温初段増幅器2及び、超電導配線5の上方に熱シールド板12が配され、さらに熱シールド板12からの熱ノイズを遮蔽する為に、超電導シールド膜7が配されている。
Except for the periphery of the
図6は、本発明による超電導放射線検出装置の第6実施例を示した概略構成図である。 FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a sixth embodiment of the superconducting radiation detection apparatus according to the present invention.
センサー実装部105周辺以外は第1実施例と同一の構成であり詳細な説明は省略する。第1実施例との相違点は、低温初段増幅器2及の前方に熱シールド板12が配され、熱シールド板12からの熱ノイズを遮蔽するために、超電導シールド膜7が配され、かつ超電導配線5が熱緩衝(熱アンカー)用電極端子11を介して接続している点である。熱シールド板12は、超電導配線5の上方まで覆うように設けても良い。
Except for the periphery of the
図7は、上記の実施例1から6に示した超電導放射線検出器を用いた超電導放射線検出装置を使った放射線分析装置の概略構成図を示す。本実施例では、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)と組み合わせて使用した一例である。 FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of a radiation analysis apparatus using the superconducting radiation detection apparatus using the superconducting radiation detector shown in the first to sixth embodiments. This example is an example used in combination with a Scanning Electron Microscope (SEM).
筐体115に設けられた一次線源となる電子銃108から出射された電子ビームBは、サンプルSに照射される。この一次線源の照射により、サンプルSから放出される二次電子は筐体115内に備えられた二次電子検出器116によって検出され、サンプル表面の画像情報を得ることができる。超電導放射線検出装置114のセンサー実装部105が、筐体115内に装入し、超電導放射線検出器1が筐体115内サンプルSに接近するように設置される。そして、電子銃108から電子ビームBがサンプルSに照射され、サンプルSから放出される放射線である特性X線は、超電導放射線検出装置114に設けられた放射線透過膜8を通り超電導放射線検出器1に入射することで検出されて、サンプルの元素分析などをすることができる。
The sample S is irradiated with an electron beam B emitted from an
尚、第2実施例において、熱シールド板12からの熱ノイズに起因する磁気ノイズの影響を防ぐために、超電導配線5の上方の熱シールド板12上に超電導シールド膜を備えることでも良い。
In the second embodiment, a superconducting shield film may be provided on the
尚、本実施例での放射線分析装置では、一次線源として本実施例では電子銃を用いて、電子線をサンプルに照射する走査型電子顕微鏡で説明したが、この一次線源としてイオン、X線のいずれかを放出する一次線源を用いてもよい。 In the radiation analyzer in this embodiment, the scanning electron microscope that irradiates a sample with an electron beam using an electron gun in this embodiment as a primary radiation source has been described. A primary source that emits either of the lines may be used.
1 超電導放射線検出器
2 低温初段増幅器
4 先端面
5 超電導配線
6、12 熱シールド板
7 超電導シールド膜
8 放射線透過膜
9 電極端子
10 配線
11 熱緩衝(熱アンカー)用電極端子
103 冷凍機
104 冷却ヘッド
105 センサー実装部
108 電子銃(一次線源)
114 超電導放射線検出装置
115 筐体
116 二次電子検出器
117 常伝導状態
118 転移状態
119 超電導状態
DESCRIPTION OF
114
Claims (10)
冷却された冷却ヘッドに固定され、
前記超電導放射線検出器の上方に前記冷却ヘッドに接続された熱シールド板と、
を備えた放射線を検出する超電導放射線検出装置であって、
前記低温初段増幅器の上方に熱シールド板が配され、少なくとも前記低温初段増幅器と前記熱シールド板の間に超電導シールド膜を備えたことを特徴とする超電導放射線検出装置。 A superconducting radiation detector for detecting radiation and a low-temperature first-stage amplifier for amplifying a signal from the superconducting radiation detector,
Fixed to the cooled cooling head,
A heat shield plate connected to the cooling head above the superconducting radiation detector;
A superconducting radiation detection device for detecting radiation comprising:
A superconducting radiation detection apparatus comprising: a heat shield plate disposed above the low temperature first stage amplifier; and a superconducting shield film provided at least between the low temperature first stage amplifier and the heat shield plate.
前記超電導シールド膜は、前記熱シールド板、前記冷却ヘッド、または前記低温初段増幅器の少なくともいずれかを介して冷却され超電導状態であることを特徴とする超電導放射線検出装置。 The superconducting radiation detection apparatus according to claim 1,
The superconducting radiation detection apparatus, wherein the superconducting shield film is cooled through at least one of the heat shield plate, the cooling head, and the low-temperature first-stage amplifier and is in a superconducting state.
前記超電導放射線検出器と前記熱シールド板の間に超電導シールド膜を備えたことを特徴とする超電導放射線検出装置。 The superconducting radiation detection apparatus according to claim 1,
A superconducting radiation detection apparatus comprising a superconducting shield film between the superconducting radiation detector and the heat shield plate.
前記超電導シールド膜は、前記熱シールド板、前記冷却ヘッド、または前記低温初段増幅器の少なくともいずれかを介して冷却され超電導状態であることを特徴とする超電導放射線検出装置。 In the superconducting radiation detection apparatus according to claim 3,
The superconducting radiation detection apparatus, wherein the superconducting shield film is cooled through at least one of the heat shield plate, the cooling head, and the low-temperature first-stage amplifier and is in a superconducting state.
冷却された冷却ヘッドに固定され、
前記超電導放射線検出器の上方に前記冷却ヘッドに接続された熱シールド板と、
を備えた放射線を検出する超電導放射線検出装置であって、
前記低温初段増幅器と前記超電導放射線検出器とを接続する超電導配線の上方に前記冷却ヘッドに接続された熱シールド板を備えたことを特徴とする超電導放射線検出装置において、
前記超電導配線と前記熱シールド板の間に超電導シールド膜を備えたことを特徴とする超電導放射線検出装置。 A superconducting radiation detector for detecting radiation and a low-temperature first-stage amplifier for amplifying a signal from the superconducting radiation detector,
Fixed to the cooled cooling head,
A heat shield plate connected to the cooling head above the superconducting radiation detector;
A superconducting radiation detection device for detecting radiation comprising:
In the superconducting radiation detection apparatus comprising a heat shield plate connected to the cooling head above the superconducting wiring connecting the low-temperature first stage amplifier and the superconducting radiation detector,
A superconducting radiation detection apparatus comprising a superconducting shield film between the superconducting wiring and the heat shield plate.
冷却された冷却ヘッドに固定され、
前記超電導放射線検出器の上方に前記冷却ヘッドに接続された熱シールド板と、
を備えた放射線を検出する超電導放射線検出装置であって、
前記冷却ヘッドに固定される熱緩衝用電極端子と、該熱緩衝用電極端子を介して、前記低温初段増幅器と前記超電導放射線検出器とを接続する超電導状態に保持された超電導配線で接続することを特徴とする超電導放射線検出装置。 A superconducting radiation detector for detecting radiation and a low-temperature first-stage amplifier for amplifying a signal from the superconducting radiation detector,
Fixed to the cooled cooling head,
A heat shield plate connected to the cooling head above the superconducting radiation detector;
A superconducting radiation detection device for detecting radiation comprising:
A thermal buffer electrode terminal fixed to the cooling head, and a superconducting wiring held in a superconducting state connecting the low temperature first stage amplifier and the superconducting radiation detector via the thermal buffer electrode terminal. A superconducting radiation detector.
前記超電導配線の上方に前記冷却ヘッドに接続された熱シールド板を備え、
前記超電導配線と前記熱シールド板の間に超電導シールド膜を備えたことを特徴とする超電導放射線検出装置。 The superconducting radiation detection apparatus according to claim 6,
A heat shield plate connected to the cooling head above the superconducting wiring;
A superconducting radiation detection apparatus comprising a superconducting shield film between the superconducting wiring and the heat shield plate.
前記超電導放射線検出器が超電導転移端検出器であることを特徴とする超電導放射線検出装置。 The superconducting radiation detection apparatus according to any one of claims 1, 5, and 6,
The superconducting radiation detector is characterized in that the superconducting radiation detector is a superconducting transition edge detector.
前記低温初段増幅器が複数の超電導量子干渉素子であることを特徴とする超電導放射線検出装置。 The superconducting radiation detection apparatus according to any one of claims 1, 5, and 6,
The superconducting radiation detection apparatus, wherein the low-temperature first-stage amplifier is a plurality of superconducting quantum interference elements.
前記一次線源からサンプルへの照射により、該サンプルから発生した二次放射線を前記超電導放射線検出装置で検出し、前記サンプルの分析をすることを特徴とする放射線分析装置。 A superconducting radiation detection apparatus according to any one of claims 1 to 9, comprising a housing, a primary radiation source that emits one of electron beams, ions, and X-rays contained in the housing.
A radiation analysis apparatus characterized in that secondary radiation generated from a sample is detected by the superconducting radiation detection apparatus by irradiation of the sample from the primary radiation source, and the sample is analyzed.
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