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PolarmaXs: hochauflösendes, polarisationssensitives Röntgenspektrometer basierend auf magnetischen Mikrokalorimetern

Schötz, Christian Dominik

English Title: PolarmaXs: high-resolution, polarisation sensitive X-ray spectrometer based on magnetic micro-calorimeters

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PDF, German (Dissertation) - main document
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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das neuartige Röntgen-Polarimeter PolarmaXs für die hochauflösende Röntgenspektroskopie von Photonen mit Energien bis 20 keV bei gleichzeitiger Möglichkeit zur Bestimmung der Polarisationsrichtung von linear polarisierten Photonen entwickelt. Es wurden verschiedene Konzepte, welche sich die Compton- oder die Rayleigh-Streuung zu Nutze machen, entworfen und simuliert. Das Detektorarray besteht aus metallischen magnetischen Kalorimetern und besitzt 64 Röntgenabsorber. Jeder Absorber besteht aus 30 μm dickem Gold, wodurch eine Absorptionswahrscheinlichkeit von 96% bei 20 keV Photonen erreicht wird. Die gesamte Absorptionsfläche beträgt 100mm². Jeweils ein Absorber ist mit einem paramagnetischen Temperatursensor aus Ag:Er verbunden. Dieser wandelt eine Temperaturerhöhung, welche durch die Absorption eines Photons entsteht, in eine Magnetisierungsänderung um, die dann mittels eines SQUID-Magnetometers ausgelesen wird. Das Polarimeter wird eine Energieauflösung von bis zu DeltaE_FWHM = 19 eV und Polarisationsauflösungen von DeltaPhi = 2° ermöglichen. Basierend auf den Simulationen wurde das Detektorarray entworfen und optimiert, im Instituts eigenen Reinraum hergestellt und schließlich in einem Messaufbau bei tiefen Temperaturen betrieben und charakterisiert.

Translation of abstract (English)

In the framework of this thesis the new X-ray polarimeter PolarmaXs for highresolution X-ray spectroscopy for photons with energies up to 20 keV and with the possibility to simultaneously determine the polarization direction of linearly polarized photons was developed. Different concepts, which make use of Compton or Rayleigh scattering, were designed and simulated. The detector array consists of metallic magnetic calorimeters and has 64 X-ray absorbers. Every absorber is made of gold with a thickness of 30 μm whereby one can achieve an absorption efficiency of 96% at 20 keV. The entire detection area is 100mm². Every absorber is connected to a Ag:Er paramagnetic temperature sensor. The sensor converts the temperature change, caused by the absorption of a photon, into a magnetization change, which is then read out by a SQUID magnetometer. The polarimeter can achieve an energy resolution up to DeltaE_FWHM = 19 eV and polarization resolutions of DeltaPhi = 2°. Based on the simulations the detector array was developed and optimized, fabricated in the inhouse cleanroom of the institute and finally operated and characterized in a measurement setup at low temperatures.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Enss, Prof. Dr. Christian
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 23 January 2019
Date Deposited: 06 Feb 2019 14:20
Date: 2019
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Tieftemperaturkalorimeter, Röntgendetektor, Röntgenspektroskopie, Supraleitender Teilchendetektor, Polarimeter, Polarimetrie
Uncontrolled Keywords: Metallische Magnetische Kalorimeter, metallic magnetic calorimeters, x-ray spectroscopy, low temperature detectors
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