热点在线丨新的基于SQUID的探测器开辟了新的研究领域 具有新的灵敏度

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科罗拉多大学博尔德分校和美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员开发了一种新的基于传感器阵列的仪器，可为许多应用提供少量能量的超低噪声检测。新设备允许从比以前更多的检测器收集数据。AIP出版社在本周发行的应用物理快报上发表的这一进展预计将允许在核材料会计，天体物理学和X射线光谱学等领域应用。

该仪器由128个超导传感器组成，并将其输出组合成一对通道，由一对同轴电缆提供。过去，阵列大小受限于可用于将信号组合成合理数量的输出通道的带宽。这项新的研究表明带宽提高了一百倍，调查人员计划尽快做得更好。它们通过使用非常冷的超导微波电路和超导量子干涉装置放大器(称为SQUID)来克服带宽障碍，能够提高小信号的强度。

新器件使用射频SQUID来调节高质量的微波谐振器。当这些谐振器耦合到公共微波馈线时，每个谐振器调谐到不同的频率，可以同时监测所有传感器。

“就好像有人试图通过一个无线电接收器同时收听数百个广播电台，”科罗拉多大学的Ben Mates说，他是该作品的主要作者。他解释说，SQUID谐振器可以增强每个通道的信号，允许同时读出所有无线电台。

新仪器的版本可以检测宽频率范围内的信号，从短波伽玛或X射线到长波微波。伽马射线探测对核材料核算至关重要，特别是用于跟踪乏核燃料中的钚同位素。由于钚可用于制造核武器，因此必须采用快速，准确的方法来测量送往后处理的核燃料中的钚含量。

目前用于跟踪钚的技术使用质谱法，但是这种方法昂贵且耗时。基于伽马射线光谱学的更快，成本更低的技术无法准确排除大型设施中钚含量的微小差异。建造核弹只需要8-10公斤的缺失材料。新的阵列探测器是提高伽马射线光谱精度的候选者，因此可以更容易地跟踪核材料。

另一方面，新仪器有望改进宇宙微波背景辐射的天文学研究，这种研究大多是均匀的，尽管其强度和极化存在小而重要的波动。研究人员预测，他们的仪器的类似版本将用于搜索极化波动，这是宇宙最早时刻通货膨胀时期的标志。

研究人员希望更大的阵列能够与斯坦福大学能源部的SLAC工厂合作开发出一种独特的光谱仪，能够同时收集和精确测量加利福尼亚工厂X研究中的材料的许多高能X射线。射线自由电子激光器。来自这种强大工具的穿透X射线越来越多地用于了解超短时间尺度上的物质特性，但即使对于这种明亮的X射线源，也需要更大的探测器阵列。为此，未来的工作将集中在将阵列大小增加到一千个传感器或更多。

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