Tecniche di caratterizzazione di microcalorimetri criogenici a transizione di fase superconduttiva per astrofisica a raggi X

2. Microcalorimetri a transizione di fase 2.1. Introduzione I microcalorimetri sono stati utilizzati per la spettroscopia a raggi x per la prima volta a seguito del lavoro di Henry Moseley et al. (1984). Il microcalorimetro misura il calore rilasciato da un fotone X incidente su un assorbitore, che è direttamente proporzionale all‟energia del fotone. Questi dispositivi sono largamente utilizzati come rilevatori sia nella banda dell‟infrarosso, tra 700 nm e 1 mm, che in quella dei raggi X, cioè  superiore a 0,1 nm, grazie all‟altissima risoluzione che sono in grado di fornire, a fronte di un‟efficienza quantica, la percentuale di eventi rilevati su quelli realmente avvenuti, comunque elevata. In questa sezione verranno introdotti i principi di funzionamento dei microcalorimetri, concentrandosi prevalentemente sui modelli a transizione di fase superconduttiva, ovvero i TES (Transition Edge Sensor). In seguito saranno analizzati i parametri fondamentali che regolano il loro utilizzo, ed i metodi pratici per la loro derivazione. 2.2. Microcalorimetri: principi di funzionamento, tipologie A differenza di altri strumenti per la spettroscopia x, che si basano sulla dispersione del segnale entrante in lunghezza d‟onda (in modo analogo alla spettroscopia dispersiva ottica), un microcalorimetro misura direttamente l‟energia dei singoli fotoni incidenti. Altri strumenti di questo tipo sono gli scintillatori, che convertono i fotoni x in luce visibile, gli spettrometri a semiconduttore, che misurano le cariche elettriche liberate da un fotone x su strati di materiale semiconduttore immersi in un campo elettrico, e i superconductive tunnel Junction (STJ), che sfruttano l‟effetto tunnel nelle giunzioni Josephson di un anello superconduttore. 35