Ein kompakter Detektor aus Silizium-Mikrokalorimetern zur Vorbereitung eines großflächigen Arrays für Röntgenspektroskopie an hochgeladenen schweren Ionen

Abstract

Diese Arbeit behandelt die Entwicklung, Herstellung sowie Tests eines Röntgendetektors basierend auf Siliziummikrokalorimetern. Motiviert durch die Erforschung der Quantenelektrodynamik wird der SiM-X Detektor in der hochauflösenden Röntgenspektroskopie von hochgeladenen schweren Kernen eingesetzt und ist optimiert für Energien im Bereich von 100 keV. Anders als bei Ge-Halbleiterdetektoren und einer Messung über erzeugte Elektronen-Loch-Paare ist mit den Mikrokalorimetern eine relative Auflösung von etwa ΔE/E = 10⁻³ erreichbar. Die Röntgenphotonen werden in einem Zinnabsorber in Wärme umgewandelt, während der Temperaturanstieg anschließend mit einem Thermistor gemessen wird. Zu diesem Zweck sind die Detektoren in einem ³He/⁴He-Entmischungskryostaten mit Pulsröhrenkühler untergebracht, der die SiM-X Detektoren auf eine Basistemperatur von 10 mK runterkühlt. Im Rahmen eines Testexperiments am Experimentierspeicherring des GSI Helmholtzzentrums ist ein Prototyp des SiM-X Detektors mit 32 Pixeln in einem neuen Kryostaten erfolgreich eingesetzt worden. Anschließende Optimierungsuntersuchungen, unter anderem in der Fertigung der Mikrokalorimeter, führten zu einer erreichten Auflösung von 84 eV bei einer Photonenenergie von 60 keV.