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． この基本原理に基づいて，世界中で超伝導体放射線検出器の開発研究が行なわれています．われわれは，最近この研究を開始した新参者です．
　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．


本研究の目的

　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っています．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，この方法を実行しようとしています．特許申請も行いました．


現在までの状況
　
　マグネトロンスパッタとシャドーマスクを用いて超伝導体素子を製作します．1999年1月からスパッタの準備を始め，4月半ばに試料上に膜が生成されました．その後，苦労して，2000年の1月に超伝導状態への転移を確認できました．ひとりで装置を立ち上げてくれたのは，現在博士後期課程3回生の吉原君．
　文部省科学研究費補助金で，0.3Kの温度を達成するヘリオックスという冷凍機を購入しました．

　さらに性能を向上させるため，新しい真空チェンバや電子ビーム蒸着装置の導入などを行いました．平成13年秋から，電子ビーム蒸着などをはじめました．
　上記の電子ビーム蒸着やRFスパッタのおかげか，2002年の夏から良い素子ができ始めました．11月初めに日本原子力研究所でα粒子を入射したところ，見事にきれいなパルスが出ました．

_{最近の動き}
　
　吉原君が，超伝導体量子磁気干渉計SQUIDを使った新しい放射線検出器のアイディアを出しました．島津の品田氏の評価はパスしました．このアイディアがうまく行きそうなら，実験的にも確かめてみたいと思っています．
　吉原君は，2003年の3月に博士号を取得し，理化学研究所のポスドクとなりました．現在は，修士2回生の橋本君が，銀を吸収体としたNIS検出器の製作を行っています．

研究助成など
　
　本研究は，平成11年12年度文部省科学研究費補助金基盤研究(B)(2)一般および平成13年14年度日本学術振興会科学研究費補助金基盤研究(B)(2)展開の助成を頂戴しています．また，2000年度京都大学ベンチャービジネスラボラトリの若手研究助成も頂戴しました．

発表論文，特許など

F. Yoshihara, I. Kanno and K. Shinada, "RF-SQUID Microcalorimeter", Supercond. Sci. Technol., 16, 1257-1261 (2003).
　
F. Yoshihara, I. Kanno and K. Shinada, "Josephson Junction Microcalorimeter with a Superconductor Loop", Supercond. Sci. Technol., 16, 506-511 (2003).

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).

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).

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).

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).


出願番号　2003-082453　｢超伝導放射線検出器｣，吉原文樹，神野郁夫，品田恵．

出願番号　2002-274973　｢放射線検出装置｣，吉原文樹，神野郁夫，品田恵．

出願番号　2002-66888　｢放射線検出装置｣，吉原文樹，神野郁夫，品田恵．

出願番号　2000-201081　｢放射線検出器｣，神野郁夫，品田恵．