Superconducting Detector　超伝導体検出器

超伝導体検出器とは

　液体ヘリウム温度程度で超伝導体状態を示す物質は，数meVのエネルギーを付与することにより，準粒子という励起子を生成します．シリコンなどの半導体の場合には，励起子を生成するために数eVのエネルギーが必要です．すなわち，同じエネルギーが超伝導体素子と半導体素子に付与された場合には，超伝導体素子では半導体素子の1000倍の数の励起子が生成されます．エネルギー分解能を決定する大きな要因は統計精度ですので，超伝導体素子で1000倍の励起子が生成されるとその1/2乗の約30倍のエネルギー分解能を持つことになります．

　超伝導体検出器は，大きく3種類に分けることができます：超伝導体(S)－絶縁体(I)－超伝導体(S)の3層構造を持つSIS型検出器，常伝導体(N)－絶縁体－超伝導体の構造を持つNIS型検出器，そして遷移端センサー（TES)です．どの形式の検出器も，理論的には6keVのX線に対して，数eVのエネルギー分解能が期待できます．

　われわれは，より大きな有感面積を目指して，NIS型検出器の開発を行いました．エネルギー分解能が高いことは大きな魅力ですが，もう一つの大きな要素である有感面積も大きいものが望ましい．特に，工業応用の場合には，短時間の安定した測定を行うために，大きな有感面積を持つ検出器は有利です．通常の方法では，エネルギー分解能をよく保ったまま，面積を大きくすることはできません．われわれは，X線吸収体を分割することで大面積化が達成できると考えました．しかし，国際会議の合間に，この方法では雑音が大きくなる，と米国の研究者に指摘されました．

　残念！

    超伝導体検出器開発には，潤沢な研究費，人材が必要なことを実感しました．

6. F. Yoshihara, I. Kanno and K. Shinada, "RF-SQUID Microcalorimeter", Supercond. Sci. Technol., 16, 1257-1261 (2003).

5. F. Yoshihara, I. Kanno and K. Shinada, "Josephson Junction Microcalorimeter with a Superconductor Loop", Supercond. Sci. Technol., 16, 506-511 (2003).

4. F. Yoshihara, I. Kanno, R. Nouchi, M. Katagiri, M. Ukibe and M. Ohkubo, "NIS Tunnel Junction Detector with Segmented Absorbers", Proc. 9th. Int. Workshop on Low Temp. Detectors, CP605, 127-130 (2002).

3. M. Kishimoto, M. Katagiri, T. Nakamura, M. Ohkubo, M. Ukibe, M. Kurakado, I. Kanno, D. Fukuda, H. Takahashi, H. Kraus and M. Nakazawa, “Research of Superconducting Tunnel Junction X-ray Detectors with Direct Signal Observation Method using a Fast Current Readout System”, Nucl. Instrum. Meth. A444, 124-128 (2000).

2. I.Kanno, F. Yoshihara, T. Etani, S. Kanazawa and K. Shin, “Studies on Low Temperature Radiation Detectors with Superconductor, Mono-semiconductor and Compound Semiconductor”, Ionizing Radiation (in Japanese), 26, 87-94 (2000).

1. G. Burnell, I.Kanno and M. G. Blamire, “Phonon Coupling Between Superconductor-Insulator-Normal Metal Tunnel Junctions”, Proc. of the 7th. Int. Workshop on Low Temp. Detectors, 45-46 (1997).