Разработка криогенных детекторов частиц и молекул на основе сверхпроводящего термометра и их использование в экспериментальной физике и приборостроении тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

и

Учайкин Сергей Викторович ^уСл^-'

СУ

РАЗРАБОТКА КРИОГЕННЫХ ДЕТЕКТОРОВ ЧАСТИЦ И МОЛЕКУЛ НА ОСНОВЕ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ТЕРМОМЕТРА И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКЕ И ПРИБОРОСТРОЕНИИ

Специальность: 01.04.01 Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Томск - 2008

003477500

Работа выполнена на кафедре компьютерных измерительных систем и метрологии Томского Политехнического Университета

Научный консультант: профессор, доктор технических наук

Муравьёв С.В.

Официальные оппоненты: д.ф.-м.н. Гринберг Я.С.

д.ф.-м.н. Рязанов В.В. д.т.н. Тютюнников С.И.

Ведущая организация: Физико-технический институт низких температур

им. Б.И.Веркина Национальной академии наук Украины

Защита состоится "26" декабря 2008 г. в 10 часов на заседании Диссертационного Совета Д002.231.03 при Учреждении Российской Академии наук Института радиотехники и электроники РАН по адресу: 125009, г.Москва, ул.Моховая, д.И, корп.7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской Академии наук Института радиотехники и электроники имени В.А.Котельникова РАН.

Автореферат разослан " -Яб' г.

Учёный секретарь Диссертационного Совета

Перцовский М.И.

Общая характеристика работы Общая характеристика работы

1. Актуальность проблемы.

В условиях глубокого охлаждения проявляются квантовые свойства вещества. при обычной температуре маскируемые значительными тепловыми возбуждениями. Использование этих свойств позволяет проводить измерения на качественно новом уровне, недостижимом при использовании "традиционной" техники: регистрировать отдельные частиц и молекулы с малой энергией, снижать общий шум установок и т.д. Также становится возможным применение некоторых физических явлений, присущих только области низких температур, например, сверхпроводимости.

Значительным шагом в повышении качества первичных преобразователей стало появление криогенных детекторов (КД). Вероятно, первый КД для ядерной физики был предложен Симоном в 1935 году. Детектор Симона работал при температуре 50 К. Первый КД, работающий при гелиевых температурах, был описан Дальмазоном. Его КД охлаждался до 1,8 К и достиг чувствительности 10~9 Вт. Позднее независимо друг от друга несколько групп в США, Европе и СССР начали разработку КД. Современные КД по своим характеристикам на порядки превышают лучшие полупроводниковые датчики.

КД частиц отличаются высокой чувствительностью и всё чаще используются для регистрации частиц с низкой энергией (начиная от единиц эВ) со сверхвысоким разрешением. Они обладают высокой чувствительностью к пттзкоэнергетичному взаимодействию с частицами и объектами, движущимися с малой скоростью и обладающими малой эффективностью ионизации. Непревзойдённые характеристики делают привлекательным использование КД как в научных исследованиях, так и в технических приложениях. В настоящее время КД всё шире используются в экспериментальной и из^

мерительной технике, например, в рентгеновской спектроскопии, экспериментах ио поиску тёмной материи и двойного )3-распада, измерению массы нейтрино и в масс-спектроыетрии больших молекул.

Появилась возможность создания целого класса приборов с улучшенными, не достижимыми ранее параметрами. Однако построение таких приборов возможно, только если решить актуальные задачи подбора материалов, оптимизации технологических процессов изготовлении и выработки методик проверки качества детекторов.

Использование КД может существенно повысить чувствительность физических установок. Примером подобного использования КД является установки для поиска тёмной материи. Поиск тёмной материи активно проводится в нескольких экспериментах с целью объяснить отклонения наблюдаемых в астрофизике явлений от закона всемирного тяготения. Такие отклонения могли бы проявляться в случае, например, если большая часть массы Вселенной была бы заключена в ненаблюдаемой обычными способами материи в форме нейтральных массивных частиц. Теоретически эти частицы и обычное вещество должны взаимодействовать с выделением слабой энергии в диапазоне десятков кэВ. Сигнал от этого очень редкого взаимодействия трудно зарегистрировать обычными методами и детекторами. Особые препятствия создаёт радиоактивный фон от обычной материи и космических лучей, интенсивность которого на шесть и более порядков выше ожидаемого полезного сигнала.

Область использования КД не ограничена фундаментальной наукой. Большие преимущества обещают приборы на основе КД, предназначенные для практического применения, например, в медицинской диагностике. В медицине известна связь между изменениями белков, а также их взаимодействий между собой и болезненными состояниями. При большинстве болезней происходят изменения на белковом уровне. В настоящее время идентификация белков выполняется в основном с использованием метода, носящего назва-

ние 2-D PAGE (двумерный гель-электрофорез на полиакриламиде). Этот метод обеспечивает невысокую точность определения массы. Для повышения точности измерений применяются масс-спектрометрические методы. 13 масс-спектрометрах используются полупроводниковые детекторы, неэффективные для регистрации молекул с большой массой. Эффективность КД не зависит от массы молекул.

Таким образом, создание КД с высокой чувствительностью, разработка новых приборов на основе КД и методов обработки выходных сигналов КД являются актуальными задачами.

2. Цель работы. Целью работы являлась разработка нового типа КД частиц и молекул на основе сверхпроводящего термометра с улучшенными чувствительностью и быстродействием, устройств для преобразования и усиления сигналов КД и разработка принципов построения нового класса приборов для научных и прикладных измерений, использующие новые КД. Примером таких приборов служат описанные в диссертации устройства на основе КД частиц и молекул: 1) установка CRESST для поиска частиц тёмной материн и 2) времяпролётный масс-спектрометра для идентификации белковых молекул большой массы.

3. Постановка задач.

(а) Перед разработчиками устройств на основе КД стоят серьёзные технологические проблемы. Такие важные характеристики сверхпроводящих материалов, как критический ток Ig. температура сверхпроводящего перехода Тс и удельное сопротивление в нормальном состоянии йк, во многом определяются технологией изготовления. Предъявляются высокие требования к чистоте материала и поверхностей. Даже загрязнение величиной 1 ррт может изменить Тс металлов или даже полиостью лишить их сверхпроводящих свойств. Совершенствование технологий требует детального понимания физических процессов,

происходящих в процессе изготовления и работе криогенных приборов. Задачей исследований, изложенных в первой главе диссертации, в теоретической части обзорной, были детальный анализ процессов, происходящих в КД, и разработка технологии изготовления КД.

(b) Характеристики КД существенно ограничиваются нелинейностью сверхпроводящего перехода и узостью рабочего диапазона температур (единицы или доли мК). Задачей исследований, освещенных в главе 2, была разработка метода тепловой обратной связи с целью повышения динамического диапазона, линейности и быстродействия КД.

(c) Одним из основных ограничений на характеристики КД является его конечная теплоёмкость. КД с меньшей теплоёмкостью обладают большим быстродействием и чувствительностью. Задачей исследований, которым посвящена третья глава, была разработка КД с фононным коллектором, позволяющим уменьшить теплоёмкость одной из составляющих КД - сверхпроводящего термометра.

((1) Из-за своих непревзойдённых характеристик КД всё активнее применяются в фундаментальной физике. Задачей работ, описанных в четвёртой главе, было создание, испытание и усовершенствование установки эксперимента СЯЕЗБТ, использующей КД для поиска сигнала от тёмной материи. Эксперимент проводится с целью объяснения таких астрофизических явлений, как линзирование удалённых галактик и несоответствие законам Кеплера распределения скорости орбитального вращения звёзд в галактиках.

(е) Исследования, которым посвящена пятая глава, заключались в разработке метода дискриминации ядерных и оболочечных взаимодействий в абсорбере КД с целью снижения паразитного сигнала от радиоактивного фона, наблюдаемого в экспериментах по поиску тёмной материи.

Щ Для использования в масс-спсктрометрии необходим КД с высоким

быстродействием и большой рабочей площадью. Этим и другим задачам, связанным с применением КД в масс-спектрометрии, посвящены исследования, результаты которых изложены в главах 6 и 7.

4. Научная новизна.

(a) Разработан новый метод тепловой обратной связи, позволяющий стабилизировать температуру детектора, увеличить линейность и повысить разрешение.

(b) Впервые проведена апробация метода дискриминации фоновых событий с помощью сегментированного КД.

(c) Разработан новый метод дискриминации ядерных и оболочечных событий с помощью одновременного измерения фононного и фотонного откликов абсорбера.

(d) Разработан новый позиционный детектор па основе двух сверхпроводящих термометров и фононного коллектора.

(e) Впервые разработан масс-спектрометр для измерения массы больших молекул с КД со сверхпроводящим термометром в качестве стоп-детек-тора.

5. Практическая ценность.

(a) Впервые создан КД с массой абсорбера 262 г и разрешением 133 эВ для фотонов энергией 1,5 кэВ. Детектор обладает рекордным отношением разрешение/масса 0,5 эВ/г.

(b) Впервые создан усилитель для КД на основе двойного сквида. Усилитель имеет полосу пропускания 2 МГц и slew rate 2 • 105 Фц/с.

(c) Впервые исследованы сцинтилляционные свойства кристаллов герма-ната висмута BiiGe^O(BGO), флуорида бария BaF2, вольфрамата свинца PbWOi и вольфрамата кальция CaWOt при температуре 12 мК.

(<3) Впервые создан криогенный фотодетектор на основе сверхпроводящего термометра. Криогенный фотодетсктор способен регистрировать сцинтилляцию кристалла вольфрамата кальция при облучении 7—частицами. Для 7—частиц с энергией 60 кэВ энергия сцинтилляции составила 480 эВ, при этом криогенный фотодетектор показал разрешение 100 эВ.

(е) Впервые создан КД тёмной материи, позволяющий отделять ядерные и оболочечные события с точность 99,7 % для событий с энергией выше 15 кэВ.

(£) Впервые создан криогенный позиционный детектор на основе двух сверхпроводящих термометров и фононного коллектора. При длине 2 мм линейное разрешение детектора составило 50 мкм, что соответствует разрешению 40-пиксельного детек тора.

(%) Впервые создан криогенный молекулярный детектор на основе сверхпроводящего термометра. По сравнению с использовавшимися ранее криогенными молекулярными детекторами на основе сверхпроводящего туннельного перехода разработанный детектор имеет в 900 раз большую площадь. Он позволяет регистрировать ионные пучки с интенсивностью на 3 порядка меньше, чем детекторы на основе сверхпроводящего туннельного перехода.

(Ь) Впервые создан времяпролётный масс-спектрометр с криогенным молекулярным детектором на основе сверхпроводящего термометра в качестве стоп-детектора. Замена полупроводникового стоп-детектора на криогенный молекулярный детектор позволила на три порядка увеличить чувствительность МС.

(¡) Впервые использован охлаждаемый ионный отражатель в масс-спектрометре. Применение охлаждаемого ионного отражателя позволило снизить теплоприток из анализатора масс-спектрометра на криоген-

ный молекулярный детектор и сделало возможным охлаждение криогенного молекулярного детектора до рабочей температуры (около 50 мК).

0) Впервые создан усилитель для сквида на основе охлаждаемого КМОП-усилителя, работающего при гелиевой температуре. Усилитель позволяет увеличить диапазон линейности сквида по входу в 10 раз.

б. Апробация работы. Результаты работы докладывались:

(a) на 18-ом международном семинаре по прикладной сверхпроводниковой электропике и биомагнетизму (Украина. Жукнн, 1995),

(b) па 15-ой и 16-ой международных конференциях по криогенике (Италия, Генуя, 1994, и Япония, Китакюшу, 1990),

(c) на 3-ем симпозиуме по низкотемпературной электронике и высокотемпературной сверхпроводимости (США, Рино, 1995),

((1) на 4-ой и 7-ой международных конференциях по технологии низких температур (Чехия, Прага. 1996 и 2002 гг),

(е) па 21-ой и 22-ой международных конференциях по физике низких температур (ЬТ'21, Чехия, Прага, 1996, и 1Т22, Эспоо и Хельсинки, Финляндия, 4-11 августа 1999),

(Г) на международных конференциях по сверхпроводящей электронике (.\SEC91, Германия, Берлин, 1997, 13ЕС99, США, Беркли, 1999 и ШС'01, Япония, Осака, 2001),

(¿) на 3-ем совещании по низкотемпературной электронике (1УОЬТЕЗ, Италия, Сан-Миниато, 1997),

(Ь) на 3-ей европейской конференции по прикладной сверхпроводимости (ЕиСАв'ЭТ, Нидерланды, Эйндховен, 1997),

(¡) на 2-ом международном совещании по поиску тёмной материи (Великобритания, Бакстон, 1998),

(j) на симпозиуме по микро- и нанокриогенике (MNC, Финляндия, Явас-кула, 1999),

(к) на 8-ом международном совещании по низкотемпературным детекторам (Нидерланды, Дальфсен, 1999),

(1) на б-ом совещании по сверхпроводящей электронике (Нидерланды, Твеп-те, 2000),

(т) на 4-ой и 5-ой международных симпозиумах по источникам и детектированию тёмной материи и тёмной энергии во Вселенной (Марина Дел Рев, Калифорния, США, 2000 и 2002),

(п) на 32-ом совещании по физике низких температур (ФНТ-32, Россия, Казань, 2000),

(о) на конференции по космологии и физике частиц (САРР 2000, Швейцария, Вербиер, 2000),

(р) на 3-ей международной конференции по идентификации тёмной материи (IDM2000, Йорк Минстер, Великобритания, 2000),

(q) на совещании по физике сверхпроводящих детекторов (SDP-2001, Япония, Токио, 2001),

(г) на 8-ой, 10-ой и 11-ой конференциях по физике низкотемпературных детекторов (LTD-8, Нидерланды, Далфсен, 1999, LTD-10, Италия, Генуя, 2003, и LTD-11, Япония, Токио, 2005),

(s) на 13-ой международной конференции по биомагнетизму (BIOMAG 2002, Германия, Йена, 2002),

(t) на конференции Немецкого Общества холодильной техники и техники кондиционирования (Deutsche Kälte- und Klimatechnischer Verein e.V.), Германия, Магдебург, 2002),

(u) на европейском семинаре по кубитам it-Shift (Германия, Иена, 2003),

(v) на 7-ой международной конференции по неорганическим сцингиллято-рам и их промышленному применению (SCINT2003, Испания, Валенсия, 2003),

(w) на конференциях Немецкого физического общества (DPG-2000, Германия, Рипдберг, 2000, DPG-2002, Германия, Регенсбург, 2002, DPG-2005, Германия, Берлин, 2005),

(х) на 9-ом международном симпозиуме "От Андреевского отражения к ранней Вселенной" (Швеция, Бьорклидеп, 2005),

(у) па международном симпозиуме по криоэлектроппым компонентам (KRYO-2006 Германия, Иена/Габельбах, 2006),

(z) на научных семинарах в Лаборатории нейтронной физики и Лаборатории физики частиц Объединённого института ядерных исследований (Дубна, Россия), Томском Политехническом университете (Томск, Россия), Институте физики Макса Планка (Мюнхен, Германия). Оксфордском университете (Оксфорд, Великобритания), отделе сверхпроводимости фирмы Oxford Instruments (Кембридж, Великобритания), Институте физики высоких технологий (Йена, Германия), Дрезденском университете (Дрезден, Германия), Дрезденском институте полимеров (Дрезден, Германия), Институте полупроводников (Киев, Украина), Аугсбургском университете (Аугсбург, Германия), Мюнхенском Техническом университете (Гархинг, Германия), Университете Райерсона (Торонто, Канада), фирме D-Wave Systems Inc. (Ванкувер, Канада), фирме CSP (Изманинг, Германия), фирме ARKeX (Кэмбридж, Великобритания), фирме MDS SCIEX (Конкорд, Канада), Лаборатории Камерлиг Оннсса (Лейден, Голландия), фирме Leiden Cryogenics (Лейден, Голландия), Национальном институте ядерной физики и физики высоких энергий (Амстердам, Голландия).

7. Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 58 публи-

кациях.

8. Вклад автора. Автору принадлежит определяющая роль в постановке задач, планировании и постановке экспериментов, анализе и интерпретации результатов, представленных в работе.

9. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, двух приложений и списка литературы. Работа изложена на 303 страницах и содержит 125 иллюстраций и 25 таблиц.

10. На защиту выдвигаются:

(a) метод тепловой обратной связи, позволяющий стабилизировать температуру КД, увеличить линейность и повысить энергетическое разрешение;

(b) метод дискриминации ядерных и оболочечных событий посредством одновременного измерения фононного и светового отклика абсорбера и последующего исключения совпадающих сигналов;

(c) новый КД на основе сверхпроводящего термометра с фононным коллектором. Применение фононного коллектора позволяет в десятки раз уменьшить теплоёмкость термометра и,соответственно, повысить чувствительность детектора. За счёт более эффективного поглощения поперечных фононов фоноцпый коллектор позволяет уменьшить потери энергии в абсорбере;

(с!) новый криогенный позиционный детектор на основе двух сверхпроводящих термометров и фононного коллектора;

(е) новый криогенный фотодетектор на основе сверхпроводящего термометра;

(I) метод дискриминации ядерных и оболочечных взаимодействий, заключающийся в одновременном измерении фононного и светового сигнала;

/(..римтел» лТ=7мК

Рис. 1: Низкотемпературный калориметр со сверхпроводящим термометром.

(g) новый времяпролётный масс-спектрометр, в котором в качестве стоп-детектора используется КД со сверхпроводящим термометром.

Первая глава диссертации посвящена разработке и усовершенствованию технологии изготовления КД со сверхпроводящим термометром. Такой калориметр состоит из трёх основных частей: кристаллического абсорбера, сверхпроводящей плёнки-термометра и тепловой связи с тепловой ванной (рис. 1).

Такой КД работает следующим образом. При работе температура КД поддерживается в диапазоне сверхпроводящего перехода плёнки-термометра. В результате взаимодействия частицы с материалом или поверхностью абсорбера образуются высокочастотные фононы. Фопоны распространяются и кристалле абсорбера и после нескольких отражений от граней кристалла отдают свою энергию термометру. Температура термометра повышается, и его сопротивление увеличивается. Увеличение сопротивления регистрируется сквид-усилителем.

В разделе 1.2 показано влияние основных конструктивных составляющих КД на его характеристики. Обосновывается выбор материалов абсорбера и термометра. В теоретическом обзоре (раздел 1.3) освещаются физические процессы, лежащие в основе работы детектора. В разделе 1.4 рассмотрена физическая модель КД, приводятся модельные уравнения и объясняется форма выходного сигнала КД при абсорбции частицы.

источник

юн <— или -

| Ипкр |в;п,мш

--*

Iftflbninp

Рис. 2: Блок-схема системы измерений сверхпроводящего перехода термометров и калибровочных спектров.

В следующем разделе детально описаны процессы, позволяющие изготовить КД больших размеров (до 40 х 40 х 41 мм, массой 262 г). Приводится технология нанесения высококачественных плёнок из а— вольфрама (Тс = 15 мК) на кристаллы сапфира. Для КД с рабочей температурой 30 100 мК изготавливалась двухслойная плёнка иридий/золото. Для подвода тока на термометр напыляются золотые или алюминиевые контактные площадки. Тепловая связь термометра с держателем обеспечивается золотой проволокой.

Следующие разделы посвящены сквид-усилителю и испытаниям детекторов. Блок-схема системы для проведения испытаний изображена на рис. 2. Система управляется от компьютера и используется для двух типов измерений. В первом определяется температура сверхпроводящего перехода термометра. В этих измерениях на нагреватель подаётся ток с управляемого источника тока. Температура контролируется угольным термометром, укреплённом на держателе. Изменение сопротивления сверхпроводящего термометра приводит к изменению тока через входную катушку сквида. В системе КД используются сквид-усилители производства фирмы APS с собственным шумом 1,5-ь4,5 пА/Гц1/2. По результатам измерений строится температурная зависимость сопротивления термометра

10 12 14 16 18 20 22 24 Температура. мК

Рис. 3: Кривые сверхпроводящего перехода детектора №2 при различных измерительных токах.

(рис. 3).

Следующим испытанием является регистрация частиц от флюоресцентных источников рентгеновских и 7—фотонов железо-55 и кобальт-57. В случае таких измерений температура КД поддерживается в диапазоне сверхпроводящего перехода плёнки. Регистрируются события, и на спектре откладывается амплитуда выходного сигнала сквид-усилителя. Выходной сигнал имеет форму импульса с коротким временем нарастания и длительным спадом (рис. 4).

По результатам испытаний отобраны 8 детекторов, которые в разное время использовались в качестве детекторов тёмной материи в эксперименте СИЕвЗТ I |2]. Фотография детектора №7 приведена на рис. 5. Наилучшее разрешение 232 эВ для фотонов с энергией 1.5 кэВ показал детектор №4 (рис. 6) [3].

Во второй главе рассмотрены вопросы совершенствования конструкции и считывающей схемы КД для улучшения линейности и расширения динамического диапазона. Основными факторами, ограничивающие линейность и динамический диапазон КД. являются нелинейность сверхпроводящего перехода (рис. 3) и тепловая компонента выходного сигнала (рис. 4). Тепловая компонента образуется вследствие теплообмена между термометром и абсорбером. Для подавления теплообмена предложен метод тепловой обратной связи (ТОС) [4, 5, 6, 7. 11].

При работе в режиме ТОС температура держателя Т& стабилизируется зна-

V

>> -2.0

3

и Я

О -2.4

¡а

0

Я -2.6

1

со

1! Нетепловая компонента !

п -V

■ \

1епловая компонента

^ 1 ^^ЙИ^Й^

го 40 «о а Время (мс)

100 120 140

Рис. 4: Выходной сигнал 262 г детектора при абсорбции рентгеновского фотона энергией 6 кэВ. Задний фронт импульса представляет собой суперпозицию двух экснонент с различными постоянными времени. Кривые для нетепловой и тепловой компонент получены с помощью интерполяции выходного импульса экспоненциальными функциями.

Контактные

площадки

(ТОС)

1ьные -

пружины

\Л/-термометр

Кристалл сапфира

Сапфировые шарики

Контактные площадки '

§р' '(кеквиду):'

Рис. 5: Детектор СШвЯТ №7.

Рис. 6: Энергетический спектр, полученный облучением детектора №4 ренгеновскими фотонами от источника жедезо-55.

чительно ниже рабочей температуры КД Twp. а до температуры Twp термометр подогревается с помощью внешнего нагревателя. Источник тока нагревателя включен в цепь обратной связи. В начальном состоянии через нагреватель протекает ток Ist, выделяющий постоянную мощность Ряо и обеспечивающий разность температур ДТ0 = Twp — Tß. Если абсорбируется частица, поглощаемая при этом энергия компенсируется уменьшением тсплопритока от нагревателя. Как результат, изменение суммарного тсплопритока в термометр уменьшается примерно в коэффициент обратной связи кр раз.

Нагревателями в экспериментах служили приваренные к термометрам золотые проволоки либо золотые плёнки, напыленные на абсорбер. Испытания показали хорошее соответствие модели TOC и эксперимента [8, 9, 10] . На рис. 7 сравниваются результат расчёта реакции системы на 0-кэВ рентгеновский квант и реальный выходной импульс сквид-магнитометра.

Как показано в диссертации, метод TOC позволяет стабилизировать температуру термометра, ослабить тепловую компоненту, расширить динамический диапазон и улучшить линейность детектора [11].

В главе 3 рассказывается об уменьшении времени абсорбции и снижении потерь энергии в абсорбере КД с помощью фопоииого коллектора.

Чтобы минимизировать потери энергии, требуется большая площадь термо-

0) X

X

а

~ н

Время (мс)

Рис. 7: Сравнение расчётной (сшюшша линия) и экспериментальной (пунктирная линия) форм импульсов с выхода усилителя сигнала КД при абсорбции рентгеновского кванта энергией С кэВ.

метра. Увеличение площади термометра приводит к увеличению его теплоёмкости. Чтобы избежать ухудшения чувствительности, связанного с увеличением теплоёмкости, в конструкцию КД со сверхпроводящим термометром было предложено ввести фононный коллектор (ФК). Плёнка ФК напыляется из сверхпроводника с много большей критической температурой и, следовательно, имеет пренебрежимо малую теплоёмкость. В результате взаимодействия с частицей в ФК образуются квазичаетицы (КЧ). КЧ диффундируют в ФК к термометру, за счёт энергии КЧ термометр нагревается.

Для исследования диффузии КЧ использовались сверхпроводящие тонкие плёнки прямоугольной формы, напылённые на подложки из сапфира. На противоположных концах плёнки наносились термометры. Использовались вольфрамовые и двухслойные иридиево-золотыс термометры. Лучшие результаты показали двухслойные плёнки: вначале формировалась плёнка из материала термометра, затем на её середину напылялся ФК слой алюминия толщиной 1 мкм.

Диффузионный слой и небольшая часть каждого термометра облучались источником рентгеновских фононов железо-55. Рентгеновский фотон, абсорбированный плёнкой ФК, генерировал в ней КЧ. КЧ диффузно распространялись по плёнке и, отдавая энергию термометрам, нагревали их. Рентгеновские фотоны,

абсорбированные в подложке, создавали в ней нетепловые фононы, которые собирались в плёнке и также создавали КЧ. Сигналы термометров считывались двумя еквид-усилителями. На рис. 8 показан график соотношения высот кореллиро-ванных импульсов для детектора с ФК из вольфрамово-алюминиевой двухслойной плёнки длиною 2 мм. Две линии с большей амплитудой соответствуют абсорбции Ка и А'д рентгеновских фотонов марганца в вольфрамово-алюминиевой плёнке, линии с меньшей высотой импульса - абсорбции в подложке. Кривизна линий отражает потери, которые сравнительно малы для дистанции в 2 мм.

Рис. 8: Амплитуда импульсов коррелированного сигнала в двух термометрах структуры вольфрам-алюминий/вольфрам-вольфрам после вычитания тепловой компоненты. Две верхних бананонодобньгх кривых соответствуют абсорбции фононньш коллектором фотонов марганца и Ка\ две нижних соответствуют абсорбции фотонов марганца А'-; и Ка подложкой (из-за недостаточного разрешения две линии почти слились).

Внутри секции длиною 0,25 мм в середине термометра (структура вольфрам/алюминий) разрешение по энергии для 0 кэВ репгеновских фотонов составило 149 эВ (Р]УНМ). что соответствует пространственному разрешению около 50 мкм. Для детектора с термометрами иридий/зблото (Тс ~ 50 мК) и диффузионным трёхслоем иридий/золото/алюминий длиной 4 мм получено энергетическое разрешение 320 эВ.

подложке

0.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Высота импульса 8 термометре № 1. у е.

Для каждой кривой (рис.8) было определено время жпзни КЧ (таблица 3.1). Вольфрам/алюминиевая плёнка обладала наибольшим эффективным временем жизни КЧ из опубликованных к моменту измерений (табл. 1) [12].

Таблица 1. Постоянные диффузии и время жизни квазичастиц для различных материалов диффузионного слоя.

Материал диффузного слоя Постоянная диффузии, м2/с Время жизни КЧ, мс

W/A1 2,5 х 10~4 9,0

Ir/Au/Al 4,6 х Ю-3 0,43

Al 4,4 х 10"3 0,1

Эффективность ФК была доказана с помощью детектора с двумя вольфрамовыми термометрами одинаковой площади, напыленных на сапфировый абсорбер объёмом 40 х 20 х 10 мм3 и массой 32 г [13]. Первый детектор имел обычную прямоугольную форму, другой - форму "колеса" (рис. 9), в котором узкие радиальные "спицы" служили термометрами. "Колесо" было окружено кольцевым ФК из вольфрам/алюминия шириной 2 мм. Площади двух структур отличаются приблизительно в 10 раз, однако отношение энергий, детектируемых термометрами от одного события, составило 18. Следовательно, вольфрам/алюминиевый коллектор более эффективен для сбора фононов, чем вольфрам.

Структура с двумя термометрами и ФК может использоваться в качестве позиционного детектора. Один из созданных детекторов при длине чувствительной зоны 2 мм обладал линейным разрешением 50 мкм, что эквивалентно пиксельному детектору из 40 элементов |14|.

В главе 4 рассказывается об использовании КД в эксперименте CRESST для поиска частиц "тёмной материи" [15].

Эксперимент CRESST проводится в низкорадиоактивной подземной лаборатории Гран Сассо. Для уменьшения радиоактивного фона криостат изготавди-

W/A1 коллектор термометры

А1 контакт Ац контакт

Рис. 9: Две конструкции тест-термометров для измерения эффективности ФК большого размера.

вался из специальных материалов (рис. 10) [16, 17, 18, 19]. Компьютеризированная система управления установкой СЛВ55Г имеет две основные функции: 1) стабилизация рабочей точки детектора и 2) регистрация и запись данных.

Во время сеанса производилась регистрация фоновых событий. Запись типичного импульса от события приведена на рис. 4 [20]. Характеристики КД в рабочей точке определялись путём подачи тепловых импульсов в небольшой проволочный нагреватель, приваренный к термометру. Импульс посылался каждые 30 с во время калибровочных и обычных измерений. Амплитуда импульсов варьировалась так, чтобы охватить весь динамический диапазон. Это позволяло контролировать характеристики детекторов непосредственно во время сеанса измерений, интерполировать калибровку по энергии па весь контролируемый диапазон энергий и измерять эффективность триггера во всём энергетическом диапазоне (рис. 11). В таблице 2 приведено энергетическое разрешение детекторов №1-№4 [21].

Калибровочные измерения проводились одновременно с источником 7- фотонов и тепловыми импульсами от нагревателя. Сравнение амплитуд импульсов от 7-источпика п нагревателя позволяло калибровать импульсы нагревателя в единицах энергии (пижпий график па рис. 11).

Во время первых измерений радиоактивного фона на установке СЛЕЗвТ измеренный радиационный фон был на 2-3 порядка выше ожидаемого [22]. Корреляционный анализ событий в разных детекторах показал, что "фоновые" сигналы возникали в детекторах независимо [23].

жидким азот - жидкий гелий

рефрижератор растворения

охлаждаемые свинцовые ' экраны

■ холодный палец " РЬ экран

Си экран

■ термоизолирующие экраны 1 кг прототип детектора

платформа рельсы м

- В------«__К-

о

0.5

Рис. 10: Рефрижератор растворения и "холодный бокс" установки СИЕЗЯТ.

ХО

00

Зжл

пГ

51-50

о.

0)

ПСО]

о

50:

'СО 150 200

Время, часы

100 1Ь0 200 2ЬС Ж

Время, часы

Рис. 11: Результаты испытаний детектора №4. Вверху - зависимость выходного напряжения от амплитуды импульсов нагревателя. Чувствительность детектора скачкообразно изменяется со временем. Внизу - та же диаграмма после калибровки и коррекции высоты выходных импульсов.

Таблица 2. Энергетическое разрешение детекторов №1--№4.

Энергия Разрешение детекторов, эВ

№1 №2 »3 №4

Постоянная составляющая 243 195 270 161

1,5 кэВ 288 235 336 232

4,5 кэВ 279 228 328 239

5,9 кэВ 293 233 326 264

Установить причину фона удалось с помощью специально разработанного детектора с двумя термометрами на одном абсорбере. Термометры подключались к входным цепям сквидов, не связанных между собой электрически. Измерения показали, что сигнал всегда возникает в обоих термометрах одновременно (рис. 12). Стало понятным, что сигнал возникает в абсорбере, и, как показало изучение кристаллов под микроскопом, его причиной было растрескивание кристалла в точках соприкосновения с сапфировыми шариками подвески |24|. Перед следующими измерениями сапфировые шарики были заменены на дельриновые стержни. Фон в области малых энергий снизился на три порядка (рис. 13) [25. 26).

В октябре 2000 года в ходе 138,8-часовых измерений был получен спектр (рис. 14). Пик энергией 5,9 кэВ на спектре соответствует остаточному загрязнению от калибровочного источника. По результатам измерений были рассчитаны "области исключений" для спин-зависимого и спин-независимого взаимодействия с "тёмной" материей. Сравнение с другими экспериментами (рис. 15 и 16) показало, что CRESSTI имеет более строгий порог исключения для WIMP с массой меньше 5 Гэв [27, 28, 29].

В главе 5 описаны разработанный метод снижения радиоактивного фона от электронов и фотонов с помощью дискриминации ядерных и оболочечных взаимодействий и аппаратура для его реализации. WIMP, как нейтральные частицы, сталкиваясь с ядрами абсорбера, генерируют в нём фононы. Фотоны при таком столкновении не возникают. Частицы радиоактивного фона (фотоны и электро-

О 20 40 60 80 100 140 180 Энергия в термометре 1. кэВ

Рис. 12: События в абсорбере "двойного" детектора, регистрируемые двумя напыленными на пего термометрами одинакового размера. Измерения проводились перед заменой сапфировых фиксаторов на дельриновые. Все импульсы регистрируются одновременно двумя термометрами и равны по амплитуде.

>2 ?

Л Ю О

о

100604040-

Сапфир дельрин

Л^ а-

20 40 ¿0 80 100 '20

Энергия, кэВ

Рис. 13: Спектр, измеренный детектором .\'8 до (красная кривая) и после (синяя) замены сапфировых фиксаторов на дельриновые.

Рис. 14: Энергетический спектр детектора ЛГ18. полученный во время измерений сигнала от тёмной материи. На вставке показан спектр в диапазоне высоких энергий. Сплошная линия получена интерполированием экспериментальных данных, которые использовались для определения области исключений для тёмной материи. В качестве иллюстрации пунктирной линией показан спектр исключения для 5 ГэВ \ViMP с 90% СХ.

спин-зависимое взаимодействие

Рис. 15: Эквивалентный порог для сечения WIMP-npomu взаимодействия (90% C.L.) дта спин-зависимого взаимодействия как функция массы WIMP для 1,51 кг день экспозиции 262 г детектора из сапфира. Для сравнения показаны пределы, полученные в экспериментах EDELWEISS (сапфировые детекторы), для эксперимента Nokogiriyama с криогенными LiF детекторами, DAMA и UKDMC с детекторами из Nal.

спин-независимое взаимодействие

Масса WIMP (ГэВ/с)

Рис. 16: Эквивалентные области исключения ШМР-ядерпого спин-пезависимого взаимодействия (90% C.L.) как функция массы WIMP для 1,51 кг-день экспозиции 262 г детектора из сапфира. Для сравнения показаны пределы, полученные в экспериментах CDMS с КД и статистическим вычитанием нейтронного фогт. EDELWEISS с тепловым и ионизационным Ge детекторами, DAMA и UKDMG с детекторами из Nal, вместе с доверительным интервалом 3CL для годовых вариаций "фона", полученных в эксперименте DAMA.

ны) взаимодействуют с электронными оболочками, при этом выделяемая энергия расходуется на образование как фононов, гак и фотонов.

Для регистрации фотонов был разработан криогенный фотодетектор (КФД) [31, 30]. КФД изготовлен из кристаллического абсорбера (сапфир или вольфраг мат кальция СаИ^Од), па который с одной стороны напылен сверхпроводниковый термометр (вольфрам), а с другой - светоабсорбционный слой кремния (рис. 17). При абсорбции света в кремнии создаются электронно-дырочные пары, в ходе рекомбинации которых образуются высокочастотные фононы. Фононы поглощаются вольфрамовым термометром и нагревают его. Достигнутая эффективность абсорбции света составила 70%.

С помощью КФД исследовались сцинтилляционные свойства кристаллов при низких температурах (табл. 3) [32].

Термометр

Соединительные

Подложка (сапфир)

светоабсорбмрующая плёнка

Рис. 17: Криогенный фотодетектор. Таблица 3. Энергия, депонируемая в КФД при температуре сцинтиллятора 12 мК.

Кристалл Энергия, выделившаяся в крио-фотодетекторе при абсорбции сцинтиллятором а—частицы энергией 5.5 МэВ, кэВ Энергия, выделившаяся в крио-фотодетекторе при абсорбции сцинтиллятором 7—частицы энергией 60 кэВ, эВ

СаШ01 5,2 210

вво 8,4 200

РЬ\У04 1,9

Ba.Fi 2Д

В первом эксперименте исследовался кристалл вольфрамата кальция весом около б г. Ни кристалл был приклеен небольшой фононный детектор с абсорбером из сапфира и вольфрамовым термометром. Для уменьшения потерь света детекторы были окружены зеркалами (рис. 18). Одновременно записывались фононный сигнал в кристалле вольфрамата кальция и фотонный в криофотоде-■гекторе.

Взаимодействующая

Термометр

фонсниый дзтакгор

кремниевое покрытие

Рис. 18: Схема эксперимента по дискриминации ядерных и оболочечных событий.

Рис. 19: Соотношение высот импульсов в фоноппом и фотодетекторе. График слева получен при облучении сцинтиллятора электронами и 7—фотонам, справа при облучении электронами, 7—фотонами и нейтронами.

Результаты измерений представлены на рис. 19. Левый график получен при одновременном воздействии на детектор 7—излучением 122 и 136 кэВ от источника кобальт-57 и электронов от источника /3—радиоактивности стронций-90 (энергией 540 кэВ от стронция-90 и 2.484 МэВ, 523 кэВ от иттрия-90). Позднее был добавлен источник нейтронов (америций-бериллий активностью 6,6 • 104 с ). и измерения были произведены ещё раз (24 часа). Результат изображён справа на рис. 19. Для энергий ниже 15 кэВ метод даёт 99,7-% дискриминацию ядерного и оболочечного взаимодействий (Табл. 4) [32, 33].

О 20 40 60 80 100 120 140

Амплитуде импульса в фононном детееторе кэВ

0 20 40 ¿0 80 100 120 140 Амплитуда импульса в фотонном детекторе кзВ

Таблица 4. Зависимость эффективности дискриминации ядерных и оболочечных взаимодействий от энергии.

Диапазон энергии, кэВ Эффективность дискриминации, Ус

10-20 98

15-25 99,7

>20 99,9

Последующие измерения показали, что окружение сцинтиллятора диффузным тефлоновым рефлектором вместо зеркал позволяет увеличить эффективность абсорбции света в два раза |35|. В эксперименте СШ^БТ II используются разработанный метод дискриминации [36, 37, 38, 39].

Шестая глава посвящена методам повышения быстродействия ситемы считывания сигнала КД. Быстродействие ограничивается постоянной времени входной цепи т¡я и инерцией сквид-усилителя. Для уменьшения тщ сквиды были максимально приближены к КД, что позволило уменьшить индуктивность соединительных проводов. Сквиды помещались в вакууме и, чтобы уменьшить деградацию их характеристик из-за саморазогрева, тщательно термализовывались. В результате Г/дг уменьшилось до 1 мкс.

Для повышения быстродействия сквид-усилителя применялись бестрансформаторные схемы. Разработанные усилители на двойных сквидах ( [42, 43]) имели полосу пропускания 2 и 1,5 МГц. Максимальная скорость нарастания сигнала составила 1, 5 • 105 и 105, соответственно. Эти усилители были частью системы, использовавшей рефрижераторы растворения [ЬгЛЛг.п Огуадтия), поэтому петля обратной связи сквидов включала длинные («2 м) соединительные провода между камерой растворения и усилителем, находящимся при комнатной температуре.

Для уменьшения длины соединений между сквидом и усилителем были разработаны два охлаждаемых усилителя: 1) на кремниевом КМОП операционном усилителе 1СЬ7611 [45, 46], 2) на арсенид-галлиевом транзисторе АП354Г ]48, 46].

Рис. 20: Принципальная схема предварительного усилителя на основе микросхемы ICL7611.

Оба усилителя были работоспособны при температуре жидкого гелия. Результаты измерений с пт-сквидом производства фирмы JeSEF, Jena сведены в таблицу 5 [47].

Таблица 5. Результаты испытаний предварительных усилителей (ПУ).

Параметр Сквид Сквид с КМОП ПУ Сквид с GaAs ПУ

Амплитуда вольтно-токовой характеристики 49 мкВ 470 мкВ 390 мкВ

Шумовой поток (на частоте 1 кГц) 5,5 ыкФо/Гц1'2 50 мкФо/Гц1/2 120 мкФ0/Гц1/2

В главе 7 приводятся результаты разработки времяпролётного масс-сиектро-метра (МС) для анализа больших органических молекул. Замена полупроводниковых детекторов на КД расширяет возможности МС, позволяет 1) регистрировать молекулы с большей массой, 2) повысить эффективность - измерять каждую молекулу, 3) дискриминировать молекул с различным зарядовым состоянием. В новом МС был впервые применён КД с площадью, сравнимой с сечением ионного пучка [49|.

„ 'ь

К*>Ь

у О Кг

Рис. 21: Принципиальная электрическая схема охладаемого ПУ с арсенид-галлиевым транзистором.

В качестве прототипа стоп-крподетектора был взят детектор эксперимента CRESSTI [18]. При работе КД в качестве стоп-детектора высокочастные фононы образуются на поверхности абсорбера при столкновении с молекулой.

Детекторы изготавливались на сапфировой подложке толщиною 0,5 мм. Термометр представлял собой двухслойную плёнку иридий/золото площадью 3x3 мм2 [50]. Для охлаждения КД использовался рефрижератор адиабатического размагничивания (PAP). Для уменьшения УФ излучения от лазера ионного источника в конструкцию масс-спектрометра были введены два ионных отражателя (рис. 22) [51). Для уменьшения тепловой радиации второй отражатель охлаждается жидким азотом, а криостат соединён с MC с помощью охлаждённого до 80 мК стержня и нескольких апертур, охлаждённых до 4,2 К. В результате перегрев держателя детектора за счёт излучения из спектрометра составил пе более 0,5 мК [52].

При работе КД температура держателя стабилизировалась при 80 мК. PAP способен поддерживать такую рабочую температуру в течение 2-ух рабочих дней. Выходной сигнал КД усиливался широкополосным сквнд-усилителем [43, 40, 47). При типичном отношении сигнал/шум, равном трём, разрешение по времени бы-

Рис. 22: Времяпролётный масс-спектрометр с двумя ионными отражателями.

Рис. 23: Стоп-криодетектор с рабочей площадью 3x3 мм2 и рабочей температурой Тс = 55 мК. укреплённый в держателе.

Время, мкс

Рис. 24: Измеренный (серая кривая) и отфильтрованный сигнал крпогепиого стоп-детектора от одного импульса лазера. Стрелки показывают моменты, соответствующие регистрации ионов.

ло лучше 1 мкс |1|.

Для точного определения времени пролёта выходной сигнал МС записывался во время измерений в память компьютера и обрабатывался после измерений. Для обработки использовался метод цифровой фильтрации (рис. 24).

Одновременное измерение времени пролёта частиц и их энергии позволило различать ионы с различным зарядовым состоянием. На рис. 25 приведён спектр, полученный МС с КД при измерении образца, содержащего одно- и двукратно ионизированные молекулы BSA. Выходные импульсы, соответствующие двукратно ионизированным молекулам BSA, имеют в два раза большую амплитуду [55].

Измерения показали, что одним из преимуществ использования криодетскто-ров в МС является возможность получения более высокой чувствительности. На образцах инсулина была проведена серия измерений, в ходе которой количество материала в источнике на каждом этапе уменьшалась в десять риз. Результаты измерений спектров приведены на рис. 26. При уменьшении общего кол-ва инсулина па мишени до 1 амоля разрешение не ухудшалось. Даже при 0,1 амоля инсулина на мишени можно наблюдать сигнал от ионов с массой 5734 а.с. При использовании молекул DHB в качестве матрицы без потери разрешения регистрировался спектр при помещении на мишень 0,5 амоля инсулина. Для сравнения,

25-

BSA(2+) BSA(+)

Ч 20 t

о

S

5

С

0 2С02С ¿3000

WOOO «0000

m/z

Рис. 25: Спектр, полученный для образца, содержащего белок бычьего сывороточного альбумина (BSA). В спектре 2 пика соответствуют однократно и двукратно ионизированным молекулам BSA.

обычный МС с ПП детектором может успешно регистрировать 1 фмоль материала. Масс-спектрометр на основе криогенного тунельного детектора регистрирует только 1 нмоль материала на мишени.

С помощью разработанного МС проведены измерения молекул с большой массой. В качестве исследуемого вещества был выбран белок rhM-CSF /3 с массой 49032 а.е. Также, как и инсулин, rhM-CSF хорошо описан на молекулярном уровне, что позволяет использовать его для калибровочных измерений. Этот белок уверенно детектировался при общем количестве материала на мишени 800 фмоль без оптимизации методики изготовления образцов (рис. 27,а). На^ блюдались сигналы от одно- и двукратно заряженных ионов.

В следующем эксперименте измерялся образец, содержащий белок иммуноглобулина IgG с массой 150 ■ 103 а.е. IgG представляет собой смесь молекул с разной массой, которая характеризуется средней массой. В эксперименте были детектированы одно- и двукратно ионизированные молекулы при общем количестве вещества на мшнепи 12 пмоль. Это первый случай детектирования молекул IgG после их прохождения через два рефлектора [56].

Разработанный прибор можно использовать для исследований в области синтеза полимеров. Были проведены эксперименты с несколькими образцами по-

тй^а]

Рис. 26: Результат серии измерений спектров образцов инсулина с сшгапиновой кислотой в качестве матрицы.

м* тм-свр р аошпо!

м2*

т/г х 1000

Рис. 27: Масс-спектр а) образца гШ-С№ (М = 49 103 а.е) иЬ) 1дв (М = 150-103 а.е) с ВНВ в качестве матрицы. Общее количество молекул на мишени 800 фмоля и 12 пмоля, соответственно. Каждый спектр получился в результате 2000 импульсов лазера.

soaœ-o юмото «том

m/z, а.е.

Рис. 28: Масс-спектр образца молекул иолис.тереиа с массой 900 ■ 103 ¿i.e.

листерена совместно с Институтом полимеров Макса Планка, г.Майнц (MPI for Polymer Re.sam-h in Mainz). В одном из этих экспериментов регистрировались молекулы полистерена с массой 900 • 103 а.е. Это самая тяжёлая из когда-либо измеренных в масс-спектрометрах молекул (рис. 28) [57, 58|.

Основные результаты работы

1. Разработана технология получения высококачественных плёнок а-воль-фрама на кристаллах сапфира больших размеров (до 40 х 40 х 41 мм). Высокое качество структуры и низкое количество примесей позволило впервые получить критическую температуру плёнки равную Тс массивного материала.

2. Впервые создан криогенный детектор (КД) со сверхпроводящим термометром с массой 262 г. Показано, что энергетическое разрешение КД со сверхпроводящим термометром не зависит от массы абсорбера. Детектор обладает энергетическим разрешением 230 эВ (133 эВ с тепловой обратной связью) для фотонов с энергией 1,5 кэВ и имеет рекордное отношение энергетического разрешения к единице объёма. На основе 262 г КД созданы и испытаны 8 детекторов "тёмной" материи для эксперимента CRESSTI.

3. Предложен метод тепловой обратной связи (TOC), позволяющий увеличить линейность и динамический диапазон криодетектора. Предложена модель детектора с TOC. Получено хорошее количественное и качественное соответствие модели и результатов эксперимента.

4. Впервые разработан криодетектор с нагревателем для работы в режиме TOC. Достигнута стабильность работы схемы при коэффициенте TOC 20 дБ. В выходном сигнале детектора с TOC практически отсутствует медленная тепловая компонента сигнала. Отсутствие тепловой компоненты позволяет в десятки раз увеличить быстродействие КД. Обнаружено, что уменьшение температурных флуктуаций термометра в режиме TOC приводит к улучшению разрешения КД. Достигнуто рекордное разрешение на единицу массы для КД (133 эВ для детектора массой 2С2 г).

5. Разработана технология создания сверхчистых монокрпсталлических плёнок алюминия. Полученные плёнки использовались для создания высококачественного фопоипого коллектора. Впервые получено время жизни квазичастиц в плёнке фононного коллектора 9 мс, что в 10 раз превышает лучший предыдущий результат.

G. Предложена новая конструкция КД со сверхпроводящим термометром с фононным коллектором (ФК). Разработанный КД с ФК позволяет в десятки раз уменьшить теплоёмкость термометра. За счёт более эффективного поглощения поперечных фононов ФК позволяет уменьшить потери энергии в абсорбере.

7. Впервые разработан позиционный детектор на основе двух сверхпроводящих термометров и фононного коллектора. Получено линейное разрешение 50 мкм для детектора длиной 2 мм, что соответствует разрешению 40-пиксельного детектора. По сравнению с пиксельными позиционными детекторами детектор с фононным коллектором обладаёт высокой надёжностью и простотой схемы считывания.

8. Создана и испытана установка CRESST в Гран Сассо. КД со сверхпроводящим термометром и сквид-усилителем. Продемонстрировано их соответствие требованиям эксперимента по поиску тёмной материи с точки зрения низкой радиоактивности и долговременной стабильности при работе длительностью до 3 месяцев. Был проведён ICS-часовой сеанс измерений, во время которого детекторы показали 100% эффективность для абсорбированной энергии выше 600 еВ. Уровень фона установки оказался рекордным для низкотемпературных экспериментов по поиску тёмной материи, менее 1 события/кг/кэВ/день для событий с энергией выше 20 кэВ, для событий с энергией 100 кэВ - 0,3 события/кг,'кэВ/день. В эксперименте были использованы усовершенствованный КД, схемы считывания и температурной стабилизации, описанные в гл. 1-3 диссертации. Автор диссертации лично разработал и инсталлировал 4-канальную систему регистрации сигналов детектора на основе сквид-усилителей, а также принял участия в настройке и испытании всей установки CRESST.

9. Предложен метод дискриминации одновременных событий для больших сегментированных детекторов. Метод заключается в исключении одновременных событий в разных сегментах детектора. При этом паразитные сигналы, обусловленные вибрацией установки, электромагнитными помехами и радиоактивными загрязнениями, обыкновенно вызывающие одновременный отклик в двух или нескольких сегментах, отбрасываются. В измерениях эксперимента CRESST, проведённых в 2000 году, метод позволил исключить около 17% событий, вызванных помехами.

10. Впервые предложен, изготовлен и испытан "двойной" фононный детектор. Детектор состоит из абсорбера и нанесённых на пего двух термометров. "Двойной" детектор позволяет отделить фоноппый сигнал, образующийся внутри абсорбера от помех, вызванных в электрических цепях и вольфрамовых плёнках термометров. С помощью "двойного" детектора было опре-

делно, что избыточный фоновой сигнал, наблюдавшийся в ходе измерений установкой в течение 1999 года был вызван не частицами, а дефектами в абсорбере вследствие механического напряжения.

11. Впервые исследованы сцинтилляционные свойства недопированньтх кристаллов вольфрамата кальция CaWО4, германата висмута Bi^Ge^On, вольфрамата стенда PbWO4 и флуорида бария Вар2 при температуре 12 мК. Сцинтилляционный выход всех исследованных кристаллов позволил уверенно регистрировать с помощью КФД абсорбцию а-частиц энергией 5,5 МэВ. Сцинтилляционный выход кристаллов вольфрамата кальция и германата висмута позволил также надёжно регистрировать с помощью КФД абсорбцию 7—частицы энергией 60 кэВ.

12. Впервые разработан криофотодетектор на основе СП термометра. КФД способен регистрировать сцинтилляцию кристалла вольфрамата кальция CaWО4 при облучении 7—частицами. Для частиц с энергией СО кэВ энергия сцинтилляции составила 480 эВ, при этом КФД показал разрешение 100 эВ.

13. Впервые для КД на основе термометра со сверхпроводящим переходом использован метод дискриминации ядерных и оболочечных взаимодействий, заключающийся в одновременном измерении фотонного и светового сигнала. Экспериментально полученная дискриминация ядерных и оболочечных взаимодействий составила 99,7% для событий с энергией выше 15 кэВ. На основе этих исследований разработан новый вид составного детектора для поиска тёмной материи. Новый детектор проводит измерения по двум каналам, фононному и фотонному, и для событий с энергией более 15 кэВ позволяет в 300 раз уменьшить фон от оболочечных взаимодействий.

14. Впервые созданы системы считывания сигнала КД на основе двойного скви-да. Достигнуты максимальные полосы пропускания и slew rate 2 МГц и 2 ■ Ю3 Фо/с соответственно.

15. Впервые разработан охлаждаемый предусилитель для сквида на основе операционного усилителя, изготовленного по комплементарной металл-оксид-полупроводниковой (КМОП) технологии. Показана принципиальная возможность создания сквпд-электроники с холодной петлёй потока на основе элементов, изготовленных по КМОП и арсенид-галлиевой технологиям. Впервые разаботапы два предусилителя для сквида с "холодной" петлёй потока. Достигнутый максимальный коэффициент обратной связи - 20 дБ.

16. Впервые разработан быстродействующий КД со сверхпроводящим термометром. Детектор позволил производить измерение временных интервалов с разрешением 1.1 мкс для молекул с энергией 13 кэВ.

17. Впервые разработай времяпролётиый масс-спектрометр с КД со сверхпроводящим переходом. Масс-спектрометр позволяет одновременно измерять время пролёта молекул и их энергию. Достигнуто разрешение по массе для молекул массой 66000 а.е. лучше, чем 300 а.е. С помощью масс-спектрометра было показано, что использование КД может увеличить чувствительность времяпролётного спектрометра более чем па три порядка. Были произведены следующие измерения:

(a) впервые продетектировап инсулин па МС с двумя рефлекторами при общем количестве вещества на мишени 0,5 амоля без оптимизации процесса изготовления образца,

(b) впервые получен спектр образца белка 1дй на масс-спектрометре с двумя ионными рефлекторами,

(c) произведены измерения масс-спектра образца молекул полистерепа с массой 9 • 10° а.е., самой тяжёлой из когда-либо измеренных молекул.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

[1] S.Rutzinger, P.Christ, F.Probst, W.Seidel and S.Uchaikin. In: Proceedings of the 10th International Workshop on Low Temperature Detectors (LTD-10), Genua, Italy, 2003, July 7-11.

[2] M. Sisti, M. Bravin, M. Bruckinayer, C.Bucci, S.Cooper, P. Di Stefano, S. Giordano, F. von Feilitzsch, T.Frank, J.Jochum, R.Keeling, H.Kraus, M.Loidl, J.Marchese, O.Meier, P.Meunier, U.Nagel, D.Pergolesi, F.Prdbst, Y.Ramachens, , J.Schnagl. W.Seidel, I.Sergeyev, L.Stodolsky, S.Uchaikin, L.Zcrle. The CRESST Dark Matter Experiment: Status and Perspectives, In: Proc. of the 8th Int. Workshop on Low Temperature Detectors LTD-8, Dalfsen, Netherlands, 15-20 Aug. 1999 (.ps file, 400kB) (NUCL INSTRUM METH A 444 (1-2): 312-314 APR 11 2000)

[3] Jochum J, Bravin M, Bruckmayer M, Bucci C, Cooper S, Giordano S, Von Feilitzsch F, Keeling R, Kraus H, Loidl M, Lush J, Marchese J, Meier O, Meunier P, Nagel U, Probst F, Ramachers Y, Schnagl J, Seidel W, Sergeyev I, Sisti M, Stodolsky L, Uchaikin S, Zerle L. The CRESST dark matter search. NUCLEAR PHYSICS B-PROCEEDINGS SUPPLEMENTS, 87, 10-13 Juny 2000, 1-3, 7073.

[4] S.Uchaikin (CRESST Collaboration). Improving the Performance of Cryogenic Particle Detectors by Electrothermal Feedback. In: Gth Int. Superconductive Electronics Conference. Extended Abstracts, 3, Berlin, June 26-28, 1997, 444.

[5] Oliver Meier, Franz Probst, Wolfgang Seidel, and Sergey Uchaikin. Cryogenic Particle Dctector Based on Superconducting Phase Transition Thermometer using Thermal Feedback. In: ISEC'97 Proceedings, Berlin, June 2G-28, 1997.

[6] 0. Meier, S. Ueliaikin, F. Probst and W. Seidel. SQUID-Amplifier for Cryogenics Particle Detector Based on Superconducting Phase Transition Thermometer. Inst.Phys. Conf.Ser., 1997, 158.

[7] S.Cooper, C.Bucci, F. von Feilitzsch. J.Hohne, J.Jochum, V.Jorgens, M.Loidl, J.Marchese, 0.Meier, P.Meunier, U.Nagel, F.Prubst, A.Rulofs, G.Safran, M.L.Sarsa, J.Schnagl, W.Scidel, M.Sisti, L.Stodolsky, S.Uchaikin, L.Zerle. CRESST Dark Matter Search. In: The Proceedings of the 2nd International Workshop on the Identification of Dark Matter, Buxton, England, 7-11 Sept. 1998.

[8| 0. Meier, F. Probst, W. Seidel, M.Sisti, and S. Uchaikin,.Cryogenic Calorimeter Based on Superconducting Phase Transition Thermometer With Thermal Feedback and SQUID Read Out Circuit for It. In: Extended Abstracts of the 7th International Superconductive Eleetrimics Conference. (ISEC99), Berkeley, USA, 21-25 June, 1999.

[9] 0. Meier, F. Probst, W. Seidel, M.Sisti and S. Uchaikin,.A cryogenic calorimeter based on a superconducting phase transition thermometer with thermal feedback and SQUID read out. Supercond. Sei. Technol., 1999, 12, 1033-1035.

|10| 0. Meier, M. Bravin, M. Bruckmayer, P. Di Stefano, T. Frank, M. Loidl, P. Meunier, F. Probst, G. Safran, W. Seidel, I. Sergeyev, M. Sisti, L. Stodolsky, S. Uchaikin and L. Zerle. Active thermal feedback for massive cryogenic detectors. In: The Proc. of the 8tli Int. Workshop on Low Temperature Detectors LTD-8, Dalfsen, Netherlands, 15-20 Aug. 1999. (Nucl. Instrum. Meth.), A 444, 1-2, 350-352.

[11] S.V.Uchaikin. Optimisation of the SQUID Read-Out Circuit for Cryogenic Particle Detector, In: Extended Abstracts of the 7th International Superconductive Electronics Conference (ISEC99), Berkeley, USA, 21-25 June, 1999, 161.

[12] M. Loidl, M. Bravin, M. Bruckmayer, P. Di Stefano, T. Frank, 0. Meier, P. Meunier, F. Probst, G. Safran, W. Seidel, I. Sergeyev, M. Sisti, L. Stodolsky, S. Uchaikin and L. Zerle. Diffusion of long-lived quasiparticles over long distances. In: The. Proc. of the 8th Int. Workshop on Low Timpcmtmv. Ddedors LTD-8, Dalfsen, Netherlands, 15-20 Aug. 1999, {Nucl. Instrum. Metk), A 444,1-2, 2000, 293-295.

[13] M.Loidl,, S.Cooper, O.Meier, F.Probst, G. Safran, W. Seidel, M.Sisti, L.Stodolsky, S.Uchaikin. Quasiparticle diffusion over several mm in cryogenic detectors. Nucl.Instr.Methods A 465, 2001, 440-446.

[14] S.V.Uchaikin. Optical thermal feedback for cryogenic detectors, In: Extended Abstracts of the International Workshop on Cryoelectronics Components (KRYO-2006) , Jena/Gabelbach, Germany, 3-5 October, 2006, 32.

|15] W.Seidel, M.Altmann, G.Angloher, C.Bucci, S.Cooper, C.Cozzini, F. von Feilitzsch, T.Frank, D.Hauff, Th.Jagemann, J.Jochum, R.Keeling, H.Ivraus, ■I.MacAllister, F.Probst, Y.Ramachers, A.R.ulofs, M.Stark, L.Stodolsky, S.Uchaikin, H.Wulandari. The CRESST dark matter search: status and future. In: Dark matter in astro- and particle physics. Proceedings of the International Conference DARK 2002, Cape Town, South Africa, 4 - 9 February 2002. H. V. Klapdor-Kleingrothaus, R. D. Viollier (eds.). Physics and astronomy online library. Berlin: Springer, ISBN 3-540-44257-X, 2002, 517 - 523.

[16] P. Di Stefano, M. Bruckmayer, C.Bucci, S.Cooper, C.Cozzini, F. von Feilitzsch, T.Frank, D. Hauff, T.Jagemaim, , JJochum, R.Keeling, H.Kraus, .T.Marchese, D.Pergolcsi, F.Probst, Y.Ramachens, J.Schnagl, W.Seidel, I.Sergeyev, M. Stark, L.Stodolsky, S.Uchaikin, H. Wulandari. The CRESST experiment: Recent Results and Prospects. In: Proc. of the conference Cosmology and Astroparticle Physics (CAPP 2000), Verbier, Switzerland, July 17-28, 2000, eds. J. Garcia-Bellido, R. Durrerand, M.Shaposhnikov, 2001, 381-386.

[17] S.Cooper, C.Bucci, F. von Feilitzsch. J.Hohne, J.Jochum, V.Jorgens, M.Loidl, J.Marehese, O.Meier, P.Neunier, U.Nagel, F.Probst, A.Rulofs, G.Safran, M.L.Sarsa, J.Schnagl, W.Seidel, M.Sisti, L.Stodolsky, S.Uchaikin, L.Zerle. CRESST Dark Matter Search. In: Proceedings of the 2nd International Workshop on the Identification of Dark Matter, Buxton, England, 7-11 Sept. 1998, Edited by Neil J. C. Spooner and Vitaly Kudryavtsev. Published by World Scientific, 1999, 359.

[18] M. Bravin, M. Bruckmayer, C.Bucci, S.Cooper, F. von Feilitzsch, J.Hohne, J.Jochuin, V.Jorgens, R.Keeling, H.Kraus, M.Loidl, J.Macallister, J.Marehese,

0.Meier, P.Neunier, U.Nagel, F.Probst, Y.Ramachens, M.Sarsa, J.Schnagl, W.Seidel, I.Sergeycv, M. Sisti, L.Stodolsky, S.Uchaikin, L.Zerle. CRESST, a Dark Matter Search Using Low Temperature Detectors. In: The Proe. of the 22nd International Conference on Low Temperature Physics LT22, Espoo and Helsinki, Finland, 4-11 August 1999.

[19] M.Loidl, O.Meier, P.Meunier, F.Pröbst, A.Rulofs, G.Safran, W.Seidel, M.Sisti, L.Stodolsky, S.Uchaikin, L.Zerle. In: Max-Planck-Institut fur Physik. JahresbcricM 1997, 84-80.

[20] Seidel W, Bravin M, Bruckmayer M, Bucci C, Cooper S, DiStefano P, Feilitzsch FV, Frank T, Jochum J, Keeling R, Kraus H, Loidl M, Marchese J, Meier 0, Meunier P, Nagel U, Pergolesi D, Probst F, Ramachers Y, Schnagl J, Sergeyev

1, Sisti M, Stodolsky L, Uchaikin S, Zerle L. The CRESST dark matter search. PHYSICS OF ATOMIC NUCLEI, 2000, 63, 7, 1242-1248.

[21] M. Sisti, O.Meier, M. Buhler, S.Coopcr, V.Jorgens, M.Loidl, U.Nagel, F.Probst, W.Seidel, A.Stolovits, L.Stodolsky, S.Uchaikin, L.Zerle. Massive cryogenic particle detectors with low energy threshold. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2001, A 466, 499-508.

[22] J. Jochum, M. Bravin, M. Bruckmayer, C. Bucci, S. Cooper, C. Cozzini, P. Di Stefano, F. von Feilitzsch, T. Frank, T. Jagemann, R. Keeling, H. Kraus, J. Lush, J. Marchese, 0. Meier, P. Meunier, U. Nagel, D. Pergolesi, F. Probst, Y. Ramachers, .1. Schuagl, W. Seidel, I. Sergeyev, M. Stark, L. Stodolsky. S. Uchaikin, H. Wulandari. The CRESST dark matter search. In: Proceedings of the 4th International Symposium on Sources and Detection of Dark Matter and Dark Energy in the Universe, Marina Del Rey, California, 23 - 25 Feb 2000, Ed. by D. Cline, Springer Verlag Berlin, 2001, 399.

|23| .1. Jochum, G. Augloher, C. Bucci, S. Cooper, C. Cozzini, P. Di Stefano, F. von Feilitzsch, T. Frank, D. Hauff, T. Jagemann, R. Keeling, H. Kraus, M. Loidl, O. Meier, U. Nagel, F. Probst, Y. Ramachers, A. Rulofs, J. Sclmagl, W. Seidel, I. Sergeyev, M. Sisti, M. Stalk, S. Uchaikin, L. Slodolsky, II. Wulandari. Limits on WIMP dark matter using sapphire cryogenic detectors. In 5th International UCLA Symposium on Sources and Detection of Dark Matter and Dark Energy in the Universe, Marina del Rey, California, 20 - 22 Feb 2002, Nuclear Physics B (Proceedings Supplement), 124, 2003, 189 - 192.

]24| S.V.Uclmikin. Low Temperature Calorimeters as Particle Detectors. In: Proc. Of the XXXIInd Workshop on Low Temperature Physics, Kazan, Russia, Oct. 2000.

[25] J.Astrom, F.Probst, P.C.F.Di Stefano, L.Stodolsky, J.Timonen, C.Bucci, S.Cooper, C.Cozzini, F.v.Feilitzsch, H.Kraus, J.Marchese, O.Meier, U.Nagel, Y.Ramachersi, W.Seidel, M.Sistib, S.Uchaikin. and L.Zerle. Study of Fracture Processes with a Cryogenic Detector. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 2006, 559, 2, 754-756.

[26] J- Aström, P.C.F. Di Stefano, F.Proebst, L.Stodolsky, J.Timonen, C.Bucci, S.Cooper, C.Cozzini, F. von Feilitzsch, H.Kraus, J.Marchese, O.Meier, U.Nagel, Y.Ramachers, W.Seidel, M.Sisti, S.Uchaikin, L.Zerle. Fracture Processes Observed with A Cryogenic Detector. Phys. Lett. A, 200G, 356, 2G2-256. arXiv: physics/0504151.

[27] F. Proebst, G. Angloher, C. Bucci, S. Cooper, C. Cozzini, P. DiStefano, F. v. Feilitzsch, T. Frank, D. Hauff, T. Jagemanri, J. Jochum, R. Keeling, H. Kraus, M. Loidi. 0. Meier, U. Nagel, Y. Ramachers, A. Rulofs, J. Schnagl, W. Seidel, I. Sergeyev, M. Sisti, M. Stark, S. Uchaikin, L. Stodolsky and H. Wulandari. Results of CRESST Phase I. Nucí Phys. B, 2002, 110, 67.

[28] G.Angloher, M.Bruckmayer, C.Bucci, M.Buhler, S.Cooper, C.Cozzini, P. Di Stefano, F. von Feilitzsch, T.Frank, D.Hauff, T.Jagemann, , J.Jochum, V.Jorgens, R.Keeling, H.Kraus, M.Loidl, J.Marchese, O.Meier, U.Nagel, F.Probst, Y.Ramachens, A.Rulofs, J.Schnagl, W.Seidel, I.Sergeyev, M. Sisti, M. Stark, S.Uchaikin, L.Stodolsky, H. Wulandari, L.Zerle. Limits on WIMP Dark Matter using Sapphire Cryogenic Detectors. Astroparticle Physics, 2002, 18, 4355.

[29] C. Cozzini, G. Angloher, C. Bucci, F. V. Feilitzsch, T. Prank, D. Hauff, S. Henry, T. Jagemann, J. Jochum, H. Kraus, B. Majorovits, J. Ninkovic, F. Petricca, F. Probst, Y. Ramachers, W. Rau, M. Razeti, W. Seidel, M. Stark, L. Stodolsky, S. Uchaikin, and H. Wulandari. CRESST cryogenic dark matter search. New Astronomy Review. 2005, 49, 255.

[30] F.Petricca, G.Angloher, C.Cozzini, T.Frank, D.Hauff, J.Ninkovic, F.Pröbst, W.Seidel, S.Uchaikin. Light detector development for CRESST II. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 2004, 520, 1-3, 193196.

[31] P. Di Stefano, A.Bento, M.Bruckmayer, C.Cozzini, T.Frank, D.Hauff, D.Pergolesi, F.Probst, W.Seklel, H.Seitz, I.Sergeyev, L.Stodolsky, S.Uehaikin, S.Cooper, R.Keeling, H.Kraus, J.Marchese, Y.Ramachens, F. von Feilitzsch, T.Jagernann, J.Jochum, J.Schnagl, M. Stark, H. Wulandari, C.Bucci. Development of Scintillating Calorimeters for the CRESST Experiment. In: Proc. 3rd International Wo7'kshop on the Identification of Dark Matter (IDM2000J,

York Minster York, England, 18-22 September 2000, edited by N. J. C. Spooner & V. Kudryavtsev. Singapore: World Scientific, 2001, 409.

[32] P.Meunier, M.Bravin, M.Bruckmayer, S.Giordano, M.Loidl, O.Meier, F.Probst, W.Seidel, M.Sisti, L.Stodolsky, S.Ucliaikin, and L. Zerle. Discrimination between Nuclear Recoils and Electron Recoils by Simultaneous Detection of Phonons and Scintillation Light, Appl. Phys Lett, 1999, 75, 9, 1335.

|33] M.Bravin, M.Bruckmayer, P.Di Stefano, T.Frank, S.Giordano, M.Loidl, O.Meier, P.Meunier, D.Pergolesi, F.Probst, W.Seidel, M.Sisti, L.Stodolsky, S.Uchaikin and L.Zerle. Simultaneous measurement of phonons and scintillation light for active background rejection in the CRESST experiment. In: The Proe. of the 8th Int. Workshop on Low Temperature Detectors LTD-8, Dalfsen, Netherlands, 15-20 August 1999 (NUGL INSTRUM METH, 2000, A 444,1-2, 323-320.

[34] M.Bravin, M.Bruckmayer, C.Bucci, S.Cooper, S.Giordano, F. von Feilitzsch, J.Hohne, J.Jochum, V.Jorgens, R.Keeling, H. Kraus, M.Loidl, J.Lush, J.Macallister, J.Marchese, O.Meier, P.Neunier, U.Nagel, T.Nussle, F.Probst, Y.Ramachens, M.L.Sarsa, J.Schnagl, W.Seidel, I.Sergeyev, M.Sisti, L.Stodolsky, S.Uchaikin, L.Zerle. The CRESST Dark Matter Search. In: Proceedings of the Fifth SFB-S75 Ringberg Workshop. Results-Project-Perspectives, Ringberg Castle, Tegernsee, Germany, December 14-16, 1998.

[35] M.Bravin, M.Bruckmayer, C.Bucci, S.Cooper, S.Giordano, F. von Feilitzsch, J.Jochum, R.Keeling, H.Kraus, M.Loidl, J.Lush, J.Macallister, J.Marchese, O.Meier, P.Neunier, U.Nagel, T.Nussle, F.Probst, Y.Ramachens, M.L.Sarsa, J.Schnagl, W.Seidel, I.Sergeyev, M.Sisti, L.Stodolsky, S.Ucliaikin, L.Zerle. The CRESST Dark Matter Search. Proposal to the Gran Sasso Laboratory. MPI Preprint, MPI-PhE/98-22, Dezember 1998.

[36] M.Bravin, M.Bruckmayer, C.Bucci, S.Cooper, S.Giordano, F. von Feilitzsch, J.Hohne, J.Jochum, V.Jorgens, R.Keeling, H.Kraus, M.Loidl, J.Lush,

J.Macallister, J.Marchese, 0.Meier, P.Neunier, U.Nagel, T.Nussle, F.Pröbst, Y.Ramachens, M.L.Sarsa, J.Schnagl, W.Seidel, I.Sergeyev, M.Sisti, L.Stodolsky, S.Uchaikin, L.Zerle. The CRESST Dark Matter Search. Astropart. Phys., 1999, 12, 1-2, 107-114.

[37] J. Ninkovic, G. Angloher, C. Bucci, C. Cozzini, T. Frank, D. Hauff, H. Kraus, B. Majorovits, V. Mikhailik, F. Petricca, F. Probst, Y. Ramachers. W. Rau, W. Seidel, S. Uchaikin. CaW04 crystals as scintillators for cryogenic dark matter search. In: 7th International Conference on Inorganic Scintillators and Industrial Applications (SCINT2003), Spain, Valencia, 8-12 September, 2003.

|38| G. Angloher, C. Bucci, C. Cozzini, F. von Feilitzsch, T. Frank, D. Hauff, S. Henry, T. Jageinann, J. Jochum, H. Kraus, B. Majorovits, J. Ninkovic, J. Petricca, F. Probst, Y. Ramachers, W. Rau, W. Seidel, M. Stark, S. Uchaikin, L. Stodolsky, H. Wulandari. Cresst-II: dark matter search with scintillating absorbers, Nucl. Instr. Mcth., 2004, 520, 108 - 111.

[39] G. Angloher, C. Bucci, C. Cozzini, F. von Feilitzsch, T. Frank, D. Hauff, S. Henry, Th. Jagemann, J. Jochum, H. Kraus, B. Majorovits, J. Ninkovic, F. Petricca, F. Probst, Y. Ramachers, W. Rau, W. Seidel, M. Stark, S. Uchaikin, L. Stodolsky and H. Wulandari. CRESST-II: dark matter search with scintillating absorbers. Nuclear Physics D, 2005 138, 1, 153-155.

[40] S.Uchaikin. Superconducting-semicouducting electronics (SSE) for broadband SQUID applications. In: Proceedings of the 3rd Workshop On Low Temperature Electronics (WOLTE3). Italy, San Miniato, June 24-26, 1998.

[41] S.Uchaikin. Superconducting-semiconducting electronics (SSE) for broadband SQUID applications. J. Phys. IV France, 1998, 8, Pr3-221 Pr3-224.

[42] Yu.Maslennikov, V.Slobodchikov, and S.Uchaikin. A read-out system for fast cryogenic detectors. In: Proc. of the Symposium on Micro- and Nanocryogenics (MNC), Jyvaskyla, Finland, 1-3 Aug 1999.

[43] S.V.Uchaikin, F.Probst, W.Seidel. Developing of a fast cryodetector read-out for mass spectrometry. Physica C, 2001, 350, 177-179.

[44] Uchaikin S. System for Measurements of the Current-Phase Relation in Superconducting Weak Links. In: Third Symposium LOW TEMPERATURE ELECTRONICS AND HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY. The Electrochemical Society Proceedings, Reno, Nevada, 1995, 95-9, 80-87.

[45] S.V.Uchaikin. A Superconducting-Semiconducting Read Out for Cryogenic Detector. In: 8th International International Sitpr/rconduetivc Electronics Conference (ISEC'Ol), Osaka, Japan, 2001.

[46] S.V.Uchaikin. Fast Cryodetector and SQUID Read-Out for Mass Spectrometry. In: The International Symposium on Sxiperconducting Device Physics (SDP2001), 25-27 June, Tokyo, Japan, 2001.

[47] S. V. Uchaikin, P. Christ. F. Probst, S. Rutzinger and W. Seidel. Fast cryodetector and SQUID read-out for mass spectrometry. Physica C: Superconductivity, 2002, 367, 1-4, 295-297.

|48| Uchaikin S.V. Investigation of the noise performances of the FET AP354G at low temperature. JINR Rapid Communications, 1995, 4, 529-51.

[49] S.V.Uchaikin, P.Christ, F.Probst, S.Rutzinger, W.Seidel. Development of TOF Mass-Spectrrometer with Cryogenic Detector. In: Proceedings of 7th International Cimfaxma: CRYOGENICS'2002, Prague, Czech Republic, 23-26 April, 2002, 41.

[50] S. Rutzinger, P.Christ, F.Probst, W.Seidel, S. Uchaikin. Development of a superconducting-phase-transition thermometer (SPT) for the application in a time-of-flight mass spectrometer (TOF-MS) for heavy-mass molecules. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 2004, 520,1-3, 625-027.

[51| Dr. S. Uchaikin, Dr. P. Christ, Dr. F. Probst, Dipl.-Ing. S. Rutzinger, Dr. W. Seidel, Dr. Michael Stark. Implementations of the Cryocalorimeter Facilities into the TOF Mass Spectrometer. In: DKV-Tagungsbericht 2002. Band 1. Deutsche Kalte-Klima-Tagung 2002. 20 - 22 November 2002. Magdeburg, Germany), 121128.

|52| P. Christ, F. Probst, S. Rutzinger, W. Seidel und S. Uchaikin. Entwicklung von Kryodetektoren für die Flugzeit - Massenspektrometrie zur Proteinanalyse. In: DGMS 2001, München Deutsche Gesellschaft für Massenspektrometrie, 2001.

[53] P. Christ, F. Probst, S. Rutzinger, W. Seidel und S. Uchaikin. Entwicklung von Kryodetektoren fbiir die Flugzeit-Massenspektrometrie schwerer Biomolekiile. In: DGMS 2002, Heidelberg Deutsche Gesellschaft ftr Massenspektrometrie, 2002.

[54] S.Uchaikin, P.Christ, F.Probst, S.Rutzinger, W.Seidel. Cryogenic Detectors in Protein Analysis. In: Josephson Junctions: Basic Studies and Novel Applications. ESF PiShift Workshop, 16-19 June 2003, Jena, Germany, 2003, 30.

[55] P.Christ, F.Pröbst, S.Rutzinger, W.Seidel. S. Uchaikin, M. Stark. Mass-Spectrrometry of Large Biomolecules with Cryogenic Detector. In: EU Cryodetector Network Meeting Paris, 2002.

[56] P.Christ, S.Rutzinger, W.Seidel, S.Uchaikin, F.Pröbst, C.Koy, M.O.Glocker. High detection sensitivity achieved with cryogenic detectors in combination with matrix-assisted laser desorption / Ionisation tiiiie-of-Highl mass spectrometry. Eur. J. Mass. Spcetrom. , 2004, 10, 469-476.

[57] S.Uchaikin. Mass spectrometry on Heavy Molecules with Cryogenic Detectors. In: Proceedings of the 9th International Workshop "From Andreev Reflection to the Earliest Universe". Björkliden, Sweden, April 2-9, 2005.

[58] S. Uchaikin, P. Christ, S. Rutzinger, W. Seidel, F. Proebst. Application of cryogenic detectors in time-of-flight mass spectrometry of large biomolecules.

In: Proceedings of Symposium Measurement at the Quantum Limit, DPG 2005. Berlin, 4-9 March, 2005, 652.

Подписано в печать 24.11.2008. Формат 60x84/16. Бумага типографская №2. Печать-ризография. Усл. печ. л. 1,6. Тираж 100 экз. Заказ 551

ООО "Дубненская типография" 141980, Московская обл., г. Дубна, ул. Курчатова, д. 2а

[158] D.J.Adelerhof, H.Nijstad, J.Flokstra, H.Rogalla. J. Appl. Phys., 1994, 76, 38753886.

[159] N.Fujimaki, H.Tamura, T.Imamura, S.Hasuo. IEEE Trans. Electron. Devices., 1988, 35, 2412-2415.

[160] V.K.Semenov, Y.A.Polyakov. Fully Integrated Digital SQUID. In: 6th Int. Superconductive Electronics Conference (ISEC'97). Berlin 25-28 June 1997, H. Koch and S. Knappe Eds., Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig, 1997, 2, 329-331.

[161] V.P.Koshelets, A.N.Matlashov. IEEE Trans. Magn., 1989, MAG-25, 1182.

[162] Yu.Maslennikov, A.Beljaev, O.Snigirev, O.Kaplunenko, R.Mezzena. IEEE Trans. Appl. Supercond., 1995, 5, 3241-3243.

[163] V.Foglietti. Appl. Phys. Lett., 1992, 59, 47.

[164] J.G.Tuttle, M.J.DiPirro, P.J.Shirron, R.P.Welty, M.Radparvar. Cryogenics, 1996, 36, 879-883.

[165] K.Tsukada, J.Kawai, Y.Takada, A.Adachi. IEEE Trans. Appl. Supercond., 1995, AS-5, 3488.

[166] V.Polushkin, M.Wallis, D.Glowacka, A.Matthews, J.M.Lumley, Rev. Sei. Instrum., 1997, 68, 1461-1464.

[167] Krivoy G.S., Kornashko V.A. Physica B, 1990, 165&166, 83.

[168] Krivoy G., Koch H. Physica B, 1994, 194&196, 95-96.

[169] R.Stolz. Talk given at TUM of Physics Seminar, May 1999, Garching, Germany.

[170] КРИОТОН, Москва, Россия, Модель 5040.

[171] Yu.Maslennikov, V.Slobodchikov, and S.Uchaikin. A read-out system for fast cryogenic detectors. In: Proc. of the Symposium on Micro- and Nanocryogenics (MNC), Jyvaskyla, Finland, 1-3 Aug 1999.

Kalte-Klima-Tagung 2002. 20 - 22 November 2002. Magdeburg, Germany), 121128.

[207] P. Christ, F. Probst, S. Rutzinger, W. Seidel und S. Uchaikin. Entwicklung von Kryodetektoren für die Flugzeit - Massenspektrometrie zur Proteinanalyse. In: DGMS 2001, München Deutsche Gesellschaft für Massenspektrometrie, 2001.

[208] S. Rutzinger, P.Christ, F.Probst, W.Seidel, S. Uchaikin. Development of a superconducting-phase-transition thermometer (SPT) for the application in a time-of-flight mass spectrometer (TOF-MS) for heavy-mass molecules. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, 2004, 520, 1-3, 625-627.

[209] S.V.Uchaikin, P.Christ, F.Probst, S.Rutzinger, W.Seidel. Development of TOF Mass-Spectrrometer with Cryogenic Detector. In: Proceedings of 7th International Conference CRYOGENICS'2002, Prague, Czech Republic, 23-26 April, 2002, 41.

[210] P. Christ, F. Probst, S. Rutzinger, W. Seidel und S. Uchaikin. Entwicklung von Kryodetektoren ftür die Flugzeit-Massenspektrometrie schwerer Biomoleküle. In: DGMS 2002, Heidelberg Deutsche Gesellschaft fer Massenspektrometrie, 2002.

[211] S.Uchaikin, P.Christ, F.Probst, S.Rutzinger, W.Seidel. Cryogenic Detectors in Protein Analysis. In: Josephson Junctions: Basic Studies and Novel Applications. ESF PiShift Workshop, 16-19 June 2003, Jena, Germany, 2003, 30.

[212] P.Christ, F.Pröbst, S.Rutzinger, W.Seidel. S. Uchaikin, M. Stark. Mass-Spectrrometry of Large Biomolecules with Cryogenic Detector. In: EU Cryodetector Network Meeting Paris, 2002.

[213] M.Karas, U.Bahr, F.Hillenkamp. UV laser matrix desorption/Ionization mass spectrometry of proteins in the 100000 Dalton range. In: International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes, 1989, 92, 231-242.

Литература

295

[214] S.Jespersen, W.M.A.Niessen, U.R.Tjaden, J. van der Greef, E.Litborn, U.Lindberg, J.Roeraade, Rapid Commun. Mass Spectrom., 1994, 8, 581.

[215] M.O.Glocker, M.Kalkum, R.Yamamoto and J.Schreurs. Biochemistry, 1996, 35, 14625.

[216] P.Christ, S.Rutzinger, W.Seidel, S.Uchaikin, F.Probst, C.Koy, M.O.Glocker. High detection sensitivity achieved with cryogenic detectors in combination with matrix-assisted laser desorption / ionisation time-of-flight mass spectrometry. Eur. J. Mass. Spectrom. , 2004, 10, 469-476.

[217] S.Uchaikin. Mass spectrometry on Heavy Molecules with Cryogenic Detectors. In: Proceedings of the 9th International Workshop "From Andreev Reflection to the Earliest Universe". Bjorkliden, Sweden, April 2-9, 2005.

[218] S. Uchaikin, P. Christ, S. Rutzinger, W. Seidel, F. Proebst. Application of cryogenic detectors in time-of-flight mass spectrometry of large biomolecules. In: Proceedings of Symposium Measurement at the Quantum Limit, DPG 2005. Berlin, 4-9 March, 2005, 652.