用于微卡计的高稳定性极低温系统的研究

X-ray spectroscopy research is not only an important method to diagnose the nature of the plasma in the highly charged ions, but also an important analytical tool in the field of nuclear physics, astronomical observations and biomedical diagnostics. Micro-calorimeter is widely appreciated and application for its high energy resolution, high detection efficiency and wide spectrum measurement range. Pixel of Micro-calorimeter absorbs a single X-ray photon energy and change to heat. Rise of temperature including the energy information of the X-ray photons. It requires a cryogenic system which can provide tens of mK to measure the tiny temperature rise cause by a single X-ray photon. This low-temperature stability of the system will determine the energy resolution capability of the detector, while the cryogenic system to more stable operation for a long time, the detector becomes possible to measure weak signals such as highly forbidden transition. The objective of this project is to design and build an Adiabatic demagnetization refrigeration (ADR) cryogenic system can cooling down to below 100mK and can work for 24 hours or more, with the stability of uK. The project also makes an early preparation for the first self-developed micro-calorimeter in our country.

X射线能谱研究是对等离子体中高电荷态离子性质进行诊断的重要方法，也是核物理、天文观测、生物医学诊断等领域重要的研究和分析手段。微卡计以其高能量分辨高探测效率和宽能谱测量范围正引起广泛的重视和应用。微卡计的工作原理是通过测量传感器吸收单个X射线光子能量后温度的上升量来直接得到X射线光子的能量信息，为了测得单光子能量所形成的极小温升，需要一个mK量级低温系统。该低温系统的稳定性将决定探测器的能量分辨能力，而低温系统能够稳定工作越长时间，探测器就越有可能对高度禁戒跃迁等微弱信号进行测量。本项目的目标是研制一个利用绝热退磁技术可实现100mK以下温度的极低温系统，工作时间达到24小时以上，稳定度达到uK量级，为自行研制第一台国产微卡计做前期技术准备。

X 射线能谱研究是对等离子体中高电荷态离子性质进行诊断的重要方法，也是核物理、天文观测、生物医学诊断等领域重要的研究和分析手段。微卡计以其高能量分辨高探测效率和宽能谱测量范围正引起广泛的重视和应用。微卡计的工作原理是通过测量传感器吸收单个X 射线光子能量后温度的上升量来直接得到X 射线光子的能量信息，为了测得单光子能量所形成的极小温升，需要一个高稳定性的极低温系统。该低温系统的稳定性将决定探测器的能量分辨能力，而低温系统能够稳定工作越长时间，探测器就越有可能对高度禁戒跃迁等微弱信号进行测量。本项目设计并搭建了一套极低温测试平台，该平台能够实现4.2K液氦温度并维持40 小时以上，长时间温度波动范围在0.004K以内，实现1.8K温度并能够维持10小时以上，满足了绝热退磁系统对低温平台2K以上维持10个小时以上的性能需求。尽管由于超导线圈研制的耽搁，最终没有能够按原计划实现100mK的目标，但是在现有条件下所进行了机械结构、绝热导热材料、信号引出方案以及相关组件的一系列测试工作，超预期地积累了大量的实验数据，为自行研制第一台国产微卡计做前期技术准备。