Magnetische Mikrokalorimeter : Hochauflösende Röntgenspektroskopie mit energiedispersiven Detektoren

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines metallischen magnetischen Mikrokalorimeters zum hochauflösenden Nachweis von einzelnen Röntgenquanten diskutiert. Der Detektor besteht aus einem Röntgenabsorber und einem paramagnetischen Temperatursensor, über dessen Magnetisierung der Energieinhalt des kalorimetrischen Detektors bestimmt werden kann. Misst man die kleine Magnetisierungsänderung, die der Absorption eines Röntgenquantes folgt mit einem rauscharmen SQUID-Magnetometer, so erhält man durch diese ein Maß für die in den Detektor eingetragene Energie. Es wird ein theoretisches Modell vorgestellt, das die thermodynamischen Eigenschaften der Detektoren gut beschreibt, und dadurch die Optimierung des Detektoraufbaus hinsichtlich der Signalgröße ermöglicht. Die Diskussion der maximal erreichbaren Energieauflösung ergibt, dass diese durch die thermodynamischen Energiefluktuationen zwischen den Subsystemen des Detektors fundamental limitiert ist. Die Realisierung eines digitalen optimalen Filters zur Datenanalyse wird vorgestellt und seine Eigenschaften diskutiert. Mit einem Prototypdetektor, dessen zwei Röntgensensoren von einem SQUID-Gradiometer ausgelesen werden, und der eine Quanteneffizienz von über 98% für Röntgenquanten von 6 keV besitzt, wurde eine Energieauflösung von dE_FWHM = 3,4 eV erreicht