(57)【要約】【課題】信号パルス数が多い場合であっても感度補正を正確に行い、高エネルギー分解能で分析可能な放射線分析装置の提供を図ること。【解決手段】放射線を検出するＴＥＳ１と、ＴＥＳ１に流れる電流を検出する電流検出機構４と、電流検出機構４で検出した電流に基づき波高値を測定する波高分析器５と、ＴＥＳ１の温度が一定になるように加熱する第一のヒーター２０と、予め取得した第一のヒーター２０の出力と波高分析器５で測定した波高値との関係からＴＥＳ１の感度を補正する感度補正演算部７と、を有する放射線分析装置を用いる。【選択図】図２
2014038074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出する超伝導転移端センサと、
前記超伝導転移端センサに流れる電流を検出する電流検出機構と、
前記電流検出機構で検出した電流に基づき波高値を測定する波高分析器と、
前記超伝導転移端センサの温度が一定になるように加熱する第一のヒーターと、
予め取得した前記第一のヒーターの出力と前記波高分析器で測定した波高値との関係から前記超伝導転移端センサの感度を補正する感度補正演算部と、を有する放射線分析装置。
【請求項２】
前記超伝導転移端センサを冷却するためのコールドヘッドと、
前記コールドヘッドに設置された温度計と、を有する請求項１に記載の放射線分析装置。
【請求項３】
前記第一のヒーターは、前記温度計で測定する温度が一定になるように出力する請求項２に記載の放射線分析装置。
【請求項４】
前記温度計は半導体、超伝導体、又は金属酸化物からなる請求項２または３に記載の放射線分析装置。
【請求項５】
前記超伝導転移端センサの温度が一定になるように加熱する第二のヒーターを有する請求項１から４のいずれか一つに記載の放射線分析装置。
【請求項６】
超伝導転移端センサを第一のヒーターで加熱し、前記超伝導転移端センサに流れる電流から波高値を測定し、前記第一のヒーターの出力と前記波高値との相関データを作成する工程と、
前記第一のヒーターで加熱した前記超伝導転移端センサで放射線を検出し、前記超伝導転移端センサに流れる電流に基づき前記放射線の波高値を測定する工程と、
検出の際の前記第一のヒーターの出力と前記相関データとから前記超伝導転移端センサの感度を補正する工程と、
補正された感度と前記放射線の波高値から前記放射線のエネルギースペクトルを取得する工程と、を有する放射線分析方法。
【請求項７】
前記放射線の波高値を測定する工程において、前記超伝導転移端センサの温度が一定になるように前記第一のヒーターを加熱する請求項６に記載の放射線分析方法。
【請求項８】
前記放射線の波高値を測定する工程において、前記超伝導転移端センサの温度が一定になるように第二のヒーターを加熱する請求項６に記載の放射線分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導転移端センサを有する放射線検出器を備えた放射線分析装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線のエネルギーを弁別することが可能な放射線分析装置として、エネルギー分散型Ｘ線検出器（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、以後ＥＤＳと呼ぶ）やＷＤＳ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）がある。
【０００３】
ＥＤＳは、検出器に取り込まれたＸ線のエネルギーを検出器内で電気信号に変換し、その電気信号の大きさによってエネルギーを算出するタイプのＸ線検出器である。また、ＷＤＳはＸ線を分光器で単色化し（エネルギー弁別）、単色化されたＸ線を比例計数管で検出するタイプのＸ線検出器である。
【０００４】
ＥＤＳとしては、ＳｉＬｉ（シリコンリチウム）型検出器やシリコンドリフト型検出器やゲルマニウム検出器などの半導体検出器が知られている。例えばシリコンリチウムやシリコンドリフト型検出器は電子顕微鏡の元素分析装置に多用され、０〜２０ｋｅＶ程度の広範囲のエネルギーを検出できる。しかし、検出器にシリコンを用いているため、原理上、その性質はシリコンのバンドギャップ(１．１ｅＶ程度)に依存し、エネルギー分解能を１３０ｅＶ程度以上に改善することが難しく、ＷＤＳと比較して１０倍以上劣る。
【０００５】
ここで、Ｘ線検出器の性能を示す指標の一つであるエネルギー分解能について説明する。エネルギー分解能が１３０ｅＶであるとは、Ｘ線検出器にＸ線が照射されると、１３０ｅＶ程度の不確かさで検出が可能であることを意味する。従って、この不確かさが小さいほど、エネルギー分解能が高いということになる。例えば、隣接する２本のスペクトルを有する特性Ｘ線を検出する場合、エネルギー分解能が高くなると不確かさが小さくなり、２本の隣接するピークが例えば２０ｅＶ程度であると、原理的に２０ｅＶ〜３０ｅＶのエネルギー分解能で２本のピークを分離することができるということである。
【０００６】
近年、エネルギー分散型でかつＷＤＳと同等のエネルギー分解能を有する超伝導Ｘ線検出器が注目されている。この超伝導Ｘ線検出器の中で超伝導転移端センサ（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｅｄｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ、以後ＴＥＳと呼ぶ）を有する検出器は、金属薄膜の超伝導−常伝導遷移時の急激な抵抗変化（ΔＴ〜数ｍＫにてΔＲ〜０．１Ω）を利用した高感度の温度計である。なお、このＴＥＳは、マイクロカロリーメータとも呼ばれる。
【０００７】
このＴＥＳは、一次Ｘ線や一次電子線などの放射線照射によりサンプルから発生した蛍光Ｘ線や特性Ｘ線が入射した際に起こるＴＥＳ内の温度変化を制御することでサンプルの分析をするものである。ＴＥＳは、他の検出器よりも高いエネルギー分解能を有し、例えば５．９ｋｅＶの特性Ｘ線において１０ｅＶ以下のエネルギー分解能を得ることができる。
【０００８】
タングステンフィラメント型などの電子発生源を有する走査電子顕微鏡にＴＥＳを取り付けた場合、電子線が照射されたサンプルから発生する特性Ｘ線をＴＥＳで取得することで、半導体型Ｘ線検出器では分離不可能な特性Ｘ線（Ｓｉ−Ｋα、Ｗ−Ｍα、β）のピークを容易に分離することができる。
【０００９】
ところで、この超伝導Ｘ線検出器を採用したＸ線分析装置では、ＴＥＳの極微小な電流変化を読み出すために超伝導量子干渉素子型（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ、以後ＳＱＵＩＤと呼ぶ）アンプが用いられている。ＴＥＳの高エネルギー分解能を実現させるためには、このＳＱＵＩＤアンプに流れる電流を一定にすることが重要である。後述するように高エネルギー分解能を得るためにはＳＱＵＩＤアンプに流れる電流変化を小さくしなければならないからである。
【００１０】
ＳＱＵＩＤアンプに流れる電流、つまりＴＥＳに流れるベースライン電流を一定にする装置として、例えば、超伝導転移端センサに流れるベースライン電流が既定値からずれて変動している場合にその変動幅に応じて、超伝導転移端センサに流れる電流または、それに基づく波高値を補正するＸ線分析装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２７１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記のＸ線分析装置では、ベースライン電流を常時モニターする必要があった。超伝導転移端センサにＸ線が入らない場合は常に一定のベースライン値がＳＱＵＩＤアンプから出力される。超伝導転移端センサでＸ線を検出するとベースラインに信号パルスが重畳される。Ｘ線の数が少ない場合、信号パルスと次の信号パルス間に十分な時間間隔が出来るため、信号パルスと次の信号パルス間においてベースラインをモニターすることが出来る。しかし、Ｘ線の数が多くなると、信号パルスの時間間隔が短くなり、ベースラインを検出する十分な時間幅がなくなり、正確にベースラインをモニターすることが難しくなる。そのため多くの信号パルスが検出されている状態ではベースラインを正確に決定することが難しいという問題があった。
【００１３】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、信号パルス数が多い場合であっても感度補正を正確に行うことができ、その結果、高エネルギー分解能を得ることができる放射線分析装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上述した課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の放射線分析装置は、放射線を検出する超伝導転移端センサと、超伝導転移端センサに流れる電流を検出する電流検出機構と、電流検出機構で検出した電流に基づき波高値を測定する波高分析器と、超伝導転移端センサの温度が一定になるように加熱する第一のヒーターと、予め取得した第一のヒーターの出力と波高分析器で測定した波高値との関係から超伝導転移端センサの感度を補正する感度補正演算部と、を備えていることを特徴とする。
【００１５】
この放射線分析装置では、予め登録されたＴＥＳに組み込まれた第二の温度計と第一の温度計の相関曲線を求めておき、信号パルスとは無関係な第一の温度計に関係する情報を用い信号パルスの感度補正を行うので、信号パルスの計数率とは無関係に感度を補正することが出来、常に同じエネルギーの特性Ｘ線に対して一定の信号パルス波高値を得ることができるようになり、結果として長期に安定して高いエネルギー分解能を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の放射線分析装置は、超伝導転移端センサを冷却するためのコールドヘッドと、コールドヘッドに設置された第一の温度計と、を有することを特徴とする。また、本発明の放射線分析装置の第一のヒーターは、温度計で測定する温度が一定になるように出力する。
【００１７】
つまり、本発明の放射線分析装置は、コールドヘッドにコールドヘッドの温度、若しくは電気信号を一定に保つための第一のヒーターが組み込まれており、感度補正演算部にはヒーター値と超伝導転移端センサの感度を相関づけるための機能が前記感度補正部に組み込まれており、波高値がオンライン、若しくはオフラインで補正されることを特徴とする。すなわち、この放射線分析装置では、第一の温度計に相関する情報としてコールドヘッドの温度を一定に保つヒーター値を利用しており、一度ヒーター値と超伝導転移端センサの感度を相関付けることで、この相関特性を得た後は信号パルス取得前のヒーター値をモニターすることでオンライン、若しくはオフラインの感度を得ることが可能となる。
【００１８】
また、本発明の放射線分析装置は、感度補正部には、ある一定の時間間隔で前記ヒーター値をモニターすることができ、最新のヒーター値をモニターした直後に、ある特定のエネルギーの放射線を一定時間取得し、新たなヒーター値と新たな感度の相関データが取得済みのヒーター値と感度特性に組み込まれる工程を複数回繰り返す機能が設けられている。すなわち、この放射線分析装置では、ヒーター値と感度の特性が時間経過と共に更新されるため、より精度の高いヒーター値と感度の特性を得ることができ、より信頼性の高い高エネルギー分解能を有する放射線分析装置を得ることが可能となる。
【００１９】
また、本発明の放射線分析装置は、温度計１として半導体、若しくは超伝導体であることを特徴とする。すなわち、この放射線分析装置では、１００ｍＫ程度の極低温部でも十分感度のある温度計を用いることで、常に正確な温度を表示することができ、その結果信頼性の高いヒーター値を出力させ、より精度の高い補正が可能となる。
【００２０】
また、本発明の放射線分析装置は、前記超伝導転移端センサの温度が一定になるように加熱する第二のヒーターを備えていることを特徴とする。
【００２１】
つまり、本発明の放射線分析装置は、コールドヘッド内に第一のヒーターとパワー値調整用の第二のヒーターが組み込まれている。第二のヒーターのパワー調整により第一のヒーターのパワーを調整することが出来、その結果第一のヒーターのヒーター値と感度の相関を容易に得やすくなり、より精度の高い補正が可能となる。
【００２２】
また、本発明の放射線分析方法は、超伝導転移端センサを第一のヒーターで加熱し、超伝導転移端センサに流れる電流から波高値を測定し、第一のヒーターの出力と波高値との相関データを作成する工程と、第一のヒーターで加熱した超伝導転移端センサで放射線を検出し、超伝導転移端センサに流れる電流に基づき放射線の波高値を測定する工程と、検出の際の第一のヒーターの出力と相関データとから超伝導転移端センサの感度を補正する工程と、補正された感度と放射線の波高値から放射線のエネルギースペクトルを取得する工程と、からなることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の放射線分析方法は、放射線の波高値を測定する工程において、超伝導転移端センサの温度が一定になるように第一のヒーターまたは第二のヒーターを加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る放射線分析装置及び方法によれば、信号パルスの計数率とは無関係に感度を補正することが出来、同じエネルギーの特性Ｘ線に対して一定の信号パルス波高値を得ることができるようになり、結果として長期に安定して高いエネルギー分解能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係るパルス波高値とＴＥＳ電流との関係図である。
【図２】本発明の実施形態に係る放射線分析装置の構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る検出器の構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る検出器の構成図である。
【図５】本発明の実施形態に係るＴＥＳの概念図である。
【図６】本発明の実施形態に係るパルス波高値とヒーター値との関係図である。
【図７】本発明の実施形態に係る感度補正係数とヒーター値との関係図である。
【図８】本発明の実施形態に係るフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係るＡｌ−Ｋα線のスペクトル図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るフィッティングした感度補正値とヒーター値の関係図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
まず、本発明に係る実施形態の動作原理について説明する。ＴＥＳ１は超伝導体が有する超伝導転移を利用するものであり、放射線の検出動作では、常伝導と超伝導の中間状態に動作点を保持する。これにより、放射線１個がＴＥＳ１に吸収された場合、超伝導転移中に動作点を保持された状態において、例えば１００ｍＫの温度変動に対して数μＷの抵抗変化が得られ、μＡオーダーの放射線パルスを得ることができる。
【００２７】
また、予めパルス波高値と放射線のエネルギーとの関係を求めておく。これにより、未知エネルギーを有する放射線がＴＥＳ１に照射されても信号パルス波高値から入射した放射線のエネルギーを検出することができる。
【００２８】
ＴＥＳ１を超伝導転移中の動作点に保持させるために、ＴＥＳ１の動作点はＴＥＳ１に流れる電流（以降、ＴＥＳ電流と呼ぶ）とＴＥＳ１内に設けられた熱槽への熱リンクとの熱バランスにより決定される。ＴＥＳ１のエネルギー分解能は温度の関数であるため、可能な限り温度を低くした方がよい。熱槽温度は５０ｍＫ〜４００ｍＫ程度にしておく。ＴＥＳ電流Ｉｔは、以下の数式１で決定される。
【００２９】
【数１】
2014038074.tif 000003
【００３０】
ここで、ＲｔはＴＥＳ１の動作抵抗、ＧはＴＥＳ１に設けられた第二の温度計１７と熱槽とを熱的に接続させるための熱リンクの熱伝導度、Ｔは第二の温度計１７の温度、Ｔｂは熱槽の温度である。
さらに、ＴＥＳ電流Ｉｔとパルス波高値との関係は、以下の数式２で与えられる。理想的にはＴＥＳ電流が一定であれば、常に一定のパルス波高値ΔＩが得られる。
【００３１】
【数２】
2014038074.tif 000004
【００３２】
ここで、αはＴＥＳ１の感度、Ｃは熱容量、Ｅは照射される放射線のエネルギーである。
この数式２からわかるようにＴＥＳに流れるベースライン電流が変化すると、同じエネルギーの放射線がＴＥＳ１に照射されても信号パルスの波高値が異なる。また数式１からわかるように熱槽の温度が変化するとＴＥＳに流れるベースライン電流が変化する。すなわち熱槽が変動するとパルス波高値が変動するため、エネルギー分解能劣化の原因となる。
【００３３】
次に、ＴＥＳ１に加えるバイアス電流を変化させたときのパルス波高値とＳＱＵＩＤアンプ１１に流れる電流（ＴＥＳ電流Ｉｔと同じ）との関係を図１に示す。この図のように、数式２に従ってＴＥＳ電流の増加と共にパルス波高値が増加する。パルス波高値の一例としては、パルス信号をバンドフィルターとコンボリューションさせた計算値がパーソナルコンピュータに出力される。
【００３４】
この際、パーソナルコンピュータのディスプレイにおけるスペクトル表示画面は、横軸をパルス波高値、縦軸をカウントとして表示される。例えば、パルス波高値が１００のとき、１００の箇所に１個カウントされる。これを繰り返して、放射線スペクトルが形成される。
【００３５】
これは、同じエネルギーにも関わらずフィルター後の出力値が変化すると、パルス波高値がばらつくことを意味する。このばらつき度合いが上述したエネルギー分解能に相当する。すなわち、高エネルギー分解能を実現させるためには、同じエネルギーに対してパルス波高値のばらつきが小さくなるようにしなければならない。
【００３６】
パルス波高値のばらつきは、ＳＱＵＩＤアンプ１１に流れる電流変化が一要因である。従って、高エネルギー分解能を実現させるためには、上述したように、ＳＱＵＩＤアンプ１１に流れる電流を一定にすること、若しくはＳＱＵＩＤアンプ１１に流れる電流が変化してもパルス波高値が一定となる手段が重要である。
【００３７】
次に、本発明に係る放射線分析装置の一実施形態を、図２から図１１を参照しながら説明する。
【００３８】
本実施形態の放射線分析装置は、例えば電子顕微鏡、イオン顕微鏡、Ｘ線顕微鏡、蛍光Ｘ線分析装置等の組成分析装置として利用可能な装置であって、図２に示すように、放射線を受けてそのエネルギーを温度変化として検出し電流信号として出力するＴＥＳ１を有するセンサ回路部２と、センサ回路部２に定電圧を印加してバイアス電流を流すバイアス電流源３と、ＴＥＳ１に流れる電流を検出し、検出された信号パルスの波高値を測定する電流検出機構４と、センサ回路部２を設置するための台座に組み込まれＴＥＳ１の温度を測定する第一の温度計６と、第一の温度計６から出力される温度データを元に波高分析器５の信号パルスの波高値を補正するための感度補正演算部７と、感度補正された信号パルスを用いスペクトルを表示せるためのスペクトル表示部８と、を備えている。
【００３９】
センサ回路部２は、ＴＥＳ１よりも小さい抵抗値でありＴＥＳ１と並列に接続されたシャント抵抗９と、ＴＥＳ１に直列に接続されたインプットコイル１０を有するとＳＱＵＩＤアンプ１１、を備えている。
【００４０】
ＴＥＳ１、シャント抵抗９及びＳＱＵＩＤアンプ１１は、図３に示すように、冷凍機により５０ｍＫ〜４００ｍＫまで冷却されるコールドヘッド１２の先端に設けられている。なお、ＴＥＳ１及びＳＱＵＩＤアンプ１１は、超伝導配線１３で接続されている。別の例としては、図４に示すように、ＴＥＳ１を、コールドヘッド１２の先端に設け、ＳＱＵＩＤアンプ１１を９Ｋ以下まで冷却されるコールドブロック１４の先端に設けたものでも構わない。なお、シャント抵抗９は、図３及び図４において図示を省略している。
【００４１】
このセンサ回路部２では、バイアス電流源３からバイアス電流が流されると、シャント抵抗９の抵抗値とＴＥＳ１の抵抗値との抵抗比で電流が分岐される。すなわち、シャント抵抗９に流れる電流とシャント抵抗９の抵抗値で決まる電圧とにより、ＴＥＳ１の電圧値が決定される。
【００４２】
電流検出機構４は、ＳＱＵＩＤアンプ１１から出力された電気信号を増幅・整形処理するための室温アンプ１５と、室温アンプ１５からの出力信号を電圧の波高値に対応して選別する波高分析器５と、を備えている。なお、電流検出機構４として、インプットコイル１０を利用したＳＱＵＩＤアンプ１１と室温アンプ１５とを用いているが、ＴＥＳ１に流れる電流の変化を検出可能であれば他の構成を採用しても構わない。
【００４３】
波高分析器５は、室温アンプ１５から送られた放射線パルス信号から信号パルスの波高値（電圧値）を得てエネルギースペクトルを生成するマルチチャンネルパルスハイトアナライザーである。この波高分析器５は、放射線パルスの波高値を読み取り、縦軸をカウント、横軸を波高値としたヒストグラムのグラフにおいて、その波高値の箇所にカウントを１個追加する。そして、波高分析器５は、複数の放射線の信号パルスに対して同じ作業を繰り返し、後述する感度補正を行わない場合、ヒストグラムを作成してスペクトル表示部８に表示する機能を有している。また、予め信号パルス電圧をエネルギーに換算する補正データが波高分析器５もしくはスペクトル表示部８に組み込まれていれば、縦軸をカウント、横軸をエネルギーとしたスペクトルを表示することが出来る。
【００４４】
コールドヘッド１２の内部に、コールドヘッド１２の温度をモニターする第一の温度計６が設けられている。第一の温度計６は半導体、超伝導体、又は金属酸化物を用いることが出来る。例えば、第一の温度計６は酸化ルテニウムやゲルマニウムを用いることができる。第一の温度計６はコールドヘッド温度と共に抵抗値が変化し、予め温度と第一の温度計６から出力される電気信号（一般には電圧信号）を相関付けることで温度を測定することが出来る。予め温度と抵抗の関係を相関付けられていれば温度を、相関付けられていない場合には直接電気信号を用いて、コールドヘッド１２の温度状態を把握することが可能である。
【００４５】
感度補正演算部７は、室温アンプ１５から出力される信号パルス、及び第一の温度計６の温度データ、若しくは電気信号を受け取り、信号パルスの波高値を補正するための機構である。この感度補正演算部７は、上記補正処理を行うための演算回路及びメモリ等を備えており、例えばパーソナルコンピュータ等のプログラム処理により実現するものや専用のハードウェアで実現されるものである。また、この感度補正演算部７を、波高分析器５、及びスペクトル表示部８に組み込んで一体化しても構わない。なお、具体的な感度補正方法については後述する。
【００４６】
ＴＥＳ１は、図５に示すように、Ｘ線を吸収するための金属帯、半金属、超伝導体等の吸収体１６と、該吸収体１６で発生した熱を温度変化として検知する超伝導体からなる第二の温度計１７と、第二の温度計１７とコールドヘッド１２との間を熱的に緩く接続し、熱槽（図示略）に逃げる熱流量を制御するメンブレン１８と、から構成される。例えば、吸収体１５としてアルミニウム、第二の温度計１７としてチタンと金との２層からなる材料、メンブレン１８と熱槽としては窒化シリコンがそれぞれ採用可能である。
【００４７】
ＴＥＳ１の抵抗値を常伝導と超伝導との中間状態に保持するために、第二の温度計１７で発生するジュール熱はメンブレン１８を通して第二の温度計１７（または吸収体１６）からコールドヘッド１２に流れる熱流との熱的にバランスされる。
【００４８】
ジュール熱とメンブレン１８を伝わる熱流との熱的なバランスは、数式１で与えられる。しかし、実際には数式１ではＴＥＳ電流は決まらず、ＴＥＳ１外部からの熱変動によりＴＥＳ電流は影響される。ＴＥＳ１外部からの熱変動をＰｅｘとすると、数式１は数式３で書き換えられる。
【００４９】
【数３】
2014038074.tif 000005
【００５０】
ここで、αはＴＥＳセンサの感度である。
Ｐｅｘが増加すると、数式３を満足するように、左辺第２項のδＩｔが減少する。なお、外部からの熱変動の例としては、ＴＥＳ１を冷却するコールドヘッド１２の温度変動、コールドヘッド１２を取り囲む熱シールド１９の温度変動による熱輻射の変動、または冷凍機内に存在する残留ガスを通して熱シールド１９からＴＥＳ１への熱伝導による熱シールド１９の温度変動等がある。
【００５１】
パルス波高値（ＰＨ）とＴＥＳ１に流れる電流の関係図の一例は図１の通りである。数式２の通りＴＥＳ１に流れる電流が増加すると、単調にパルス波高値は増加する。すなわち、パルス波高値を一定にするためにはＴＥＳ１に流れる電流を一定にすることが重要である。
【００５２】
また、ＴＥＳ１は１００ｍＫ近傍まで冷却される必要がある。冷却手段としては、希釈冷凍機や断熱消磁冷凍機（Ａｄｉａｂａｔｉｃ  Ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ、以降ＡＤＲと呼ぶ）がある。前者はミキシングチャンバー内においてｃｏｎｃ．相からｄｉｌｕｔｅ相へ３Ｈｅが溶け込む時のエンタルピー差を利用し冷却する技術であり、後者は磁性体に磁場を印加することでスピンの向きを揃えておき、磁場を除去する際にエントロピーが増大することで、磁性体に接続された物体を冷却する技術である。両者とも最も冷却される箇所にコールドヘッド１２が設置される。希釈冷凍機及びＡＤＲには、温度を測定するための第一の温度計６がコールドヘッド１２に設置され、第一の温度計６から出力される電気信号（一般的には電圧信号）をモニターすることでコールドヘッド１２の温度情報を得ることが出来る。予め電気信号と温度の関係を温度コントロール部２１に登録することでリアルタイムに温度を把握することが出来る。温度コンロール部２１は、第一の温度計６と感度補正演算部７との間に設置され、第一の温度計１６で得られた温度データ、若しくは電気信号を感度演算部７に送信する機能を有する。
【００５３】
希釈冷凍機においてコールドヘッド１２の温度を一定に保つ場合、第一のヒーター２０が設置される。第一のヒーター２０は温度コントロール部２１に接続される。温度コントロール部２１で目的とする温度が設定されると、第一の温度計６の温度データ、若しくは電気信号を元にヒーター２０の出力を温度コントロール部２１がコントロールする。ＡＤＲの場合、第一の温度計６の温度データ、若しくは電気信号を元に磁性体に印加された磁場強度をコントロールすることでコールドヘッド１２の温度を一定に保つ。以下は希釈冷凍機を元に感度補正するための手法を説明するが、ＡＤＲに対しても同様の手法は適応可能である。
【００５４】
数式１、数式２からわかるように、熱槽温度が下がるとパルス波高値は増加し、逆に熱槽温度が上がるとパルス波高値は減少する。熱槽温度は第一の温度計６でモニターされ、第一の温度計６の温度が一定となるように第一のヒーター２０の出力を調整し第一の温度計６が一定となるように温度を調節する。
【００５５】
第一のヒーター２０の出力と信号パルス波高値には図６のような関係がある。縦軸は信号パルス波高値、横軸はヒーター値である。第一のヒーター２０は、第一の温度計６は常に一定値を保持するように出力がコントロールされる。先に述べたが、外部からの熱侵入等によりヒーター値は変化する。またあるヒーター値のパルス波高値を基準値として定義し、この基準値でパルス波高値を割り算した結果（感度補正値）と第一のヒーター２０の出力は図７のように右下がりの関係となる。図７の特性を一度得ておけば、ヒーター出力からパルスを補正するための補正値を得られたパルス波高値に演算することで、正確なパルス波高値を得ることが出来る。以下に図８のフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
冷凍機が十分冷却されたことが確認された後、温度コントロール部２１で温度データ、若しくは電気信号を受け取り、所定の温度、若しくは電気出力値となるように第一のヒーター２０の出力を調整する。ヒーター出力が安定した後、既知のエネルギーの放射線をＴＥＳ１に照射し、信号パルスを取得する。例えば既知のエネルギーをＡｌ−Ｋα線である１４８７ｅＶとする。放射線検出システムが電子顕微鏡に搭載されている場合において、アルミニウムのサンプルに、加速電圧が少なくとも１．５ｋＶ以上の電子線であって、且つ適当な電流値を選択すれば１４８７ｅＶの信号を短時間に多く取得することが出来るように測定準備をする（Ｓ１）。
【００５７】
温度コントロール部２１では秒単位でヒーター値が更新されており、感度補正演算部７はある一定時間間隔でヒーター出力を温度コントロール部２１から取得する（Ｓ２）。最新のヒーター値を検出した後、ある一定時間信号パルスを取得する。信号パルスを複数個取得すると図９のようなスペクトルを取得することが出来る。このスペクトル中心が取得済みのヒーター値に対応する信号パルス出力となる。スペクトル中心の読み出し方法として、目視によるスペクトル中心の読み出し、若しくはガウシアンフィッティングによる中心の読み出しがある。例えば、ヒーター値を１．５７μＷ時の信号パルス電圧を１００．０００ｍＶとする。入射された放射線のエネルギーが既知なので、ヒーター値１．５７μＷ時の出力を１４８７ｅＶと規定する（Ｓ３）。
【００５８】
ヒーター（ＨＰ）値１．５７μＷを基準にして、感度補正（ｋ）値を決定する。次にある一定の時間が経過し、最新のｋ値を温度コントロール部２１から感度補正演算部７が受け取った後、図９に示されたスペクトルを取得する。例えばＨＰ値が１．７２５８ｕＷの時に、スペクトル中心が１０１．０１５ｍＶとする。このようにＨＰ値とスペクトル中心の関係を複数個取得する。補正の精度を高めるために、複数のＨＰ値とスペクトル中心のデータを取得する（Ｓ４）。
【００５９】
次に得られたスペクトル中心から感度補正（ｋ）値を求める。ｋ値は基準とした１．５７μＷ時の出力１００．０００ｍＶを各スペクトル中心で割った値である。つまりスペクトル中心が１０１．０１５ｍＶの場合、１００／１０１．０１５＝０．９８９９５３となる（Ｓ５）。このように複数のｋ値とＨＰ値を取得し、グラフにプロットする。得られたデータに対してフィッティングカーブを作成する。カーブはｎ次関数(ｎは整数)、やスプライン法等を用いる（Ｓ６）。図１０に７次関数でフィッティングした結果を示す。
【００６０】
実際にスペクトルを取得する場合は、最新のＨＰ値を温度コントロール部２１で取得し、感度補正演算部７で定期的にモニターした後、図１０の１次関数から得られたＨＰに対するｋ値を求める。波高分析器５から出力される信号パルス電圧にｋ値を演算する。スペクトル表示部８において、補正された信号パルス電圧値の箇所に１カウントを行う（Ｓ７）。また感度演算部７において信号パルス電圧をエネルギー値に変換する機能を予め設けておくことで、スペクトル表示部８の横軸をエネルギーとしたスペクトルを得る事ができる。図１１はスペクトルデータであり、補正機能の効果を示している。補正機能ありの場合、１４８７ｅＶ近傍を中心としたスペクトルとなっている。一方、補正機能なしのスペクトル中心は１５１０ｅＶ近傍となっている。当然ではあるが、１５１０ｅＶにスペクトルが得られた場合、Ａｌの放射線と読み取ることが出来ず、スペクトルの信頼性がなくなってしまう。分析が終了するまでＳ７とＳ８の工程を繰り返し行うことで、分析中の信号パルス電圧の変動を抑え、高エネルギー分解能な分析が実現される。
【００６１】
また、分析の途中でＳ８の工程からＳ２の工程に戻り、感度補正データの追加を行うことも可能である。
【００６２】
このように本実施形態の放射線分析装置では、予め登録されたＴＥＳ１に組み込まれた第一の温度計６と第二の温度計１７の相関曲線を求めておき、信号パルスとは無関係な第一の温度計６に関係する情報を用い信号パルスの感度補正を行うので、信号パルスの計数率とは無関係に感度を補正することが出来、常に同じエネルギーの特性Ｘ線に対して一定の信号パルス波高値を得ることができるようになり、結果として長期に安定して高いエネルギー分解能を得ることができる。
【００６３】
また、この放射線分析装置では、第一の温度計６に相関する情報としてコールドヘッド１２の温度を一定に保つヒーター値を利用しており、一度ヒーター値と前記超伝導転移端センサの感度を相関付けることで、この相関特性を得た後は信号パルス取得前のヒーター値をモニターすることでオンライン、若しくはオフラインの感度を得ることが可能となる。
【００６４】
また、この放射線分析装置では、ヒーター値と感度の特性が時間経過と共に更新されるため、より精度の高いヒーター値と感度の特性を得ることができ、より信頼性の高い高エネルギー分解能を得ることが可能となる。
【００６５】
また、この放射線分析装置では、１００ｍＫ程度の極低温部でも十分感度のある温度計を用いることで、常に正確な温度を表示することができ、その結果信頼性の高いヒーター値を出力させ、より精度の高い補正が可能となる。
【００６６】
また、感度−ヒーター値（ｋ−ＨＰ）カーブを効率よく取得するために第二のヒーター２２をコールドヘッド１２内に組み込むことが出来る。第一のヒーター２０の出力は、コールドヘッド１２の冷却能力と熱的にバランスする。ここに第二のヒーター２２の出力が負荷されると、コールドヘッド１２の冷却能力は一定のため第一のヒーター２０の出力が低下する。すなわち第一のヒーター２０のパワーを意図的に操作することが可能となる。
【００６７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１…ＴＥＳ、２…センサ回路部、３…バイアス電流源、４…電流検出機構、５…波高分析器、６…第一の温度計、７…感度補正演算部、８…スペクトル表示部、９…シャント抵抗、１０…インプットコイル、１１…ＳＱＵＩＤアンプ、１２…コールドヘッド、１３…超伝導配線、１４…コールドブロック、１５…室温アンプ、１６…吸収体、１７…第二の温度計、１８…メンブレン、１９…熱シールド、２０…第一のヒーター、２１…温度コントロール部、２２…第二のヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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