博士。超光谱系统研究组（SSSRG）、仪器前沿研究所（RIIF）、独立行政机构米乐m6官方网站（AIST）的领导者Masataka Ohkubo和他的同事们实现了将快速脉冲信号从03 K低温环境引导到室温信号的多电缆（包括100根同轴电缆）安装技术，这是先进质谱仪开发所需的（图1）。 1)

超导探测器具有探测软X射线和巨型大分子的优异性能，这是X射线光谱和质谱中半导体探测器所不具备的。但该系统需要温度低至03 K的低温环境，且单个超导探测器的有效面积最大也小至数百μm，因此需要100个超导探测器阵列才能实现100%粒子探测效率的质谱仪实际应用。

为了使用100个超导探测器，需要一种快速通信技术来连接03 K低温环境与室温环境。然而，通过电缆的热流太大，无法通过传统技术实现该系统。

在本研究中，通过使用 100 根直径为 033 毫米的细同轴电缆，并采用导热系数较低的金属制成导体，热流已被抑制到 54 µW 以下。通过同轴电缆在低温环境下的导热系数测量，验证了安装的可行性。

基于这些结果，飞行时间质谱仪 (TOF MS) 的实际应用前景广阔，具有极高的灵敏度和 100% 的粒子检测效率，涵盖从原子到蛋白质等大分子的粒子，无论分子量和分子种类如何。

图。 1 带有 100 根同轴电缆的低温恒温器的外观和内部（中）、正在开发的用于 TOF 质谱仪的超导粒子探测器阵列（左）以及实际的冷却曲线（右）

在03 K低温环境下，与室温下的26 meV相比，热噪声降至0026 meV，从而可以实现室温操作所不具备的测量性能，并开发出几乎不受热噪声影响的无噪声测量仪器。特别是，在根据电离然后加速的分子的飞行时间来识别分子种类的飞行时间质谱仪（TOF-MS）中，在低温环境下使用超导探测器可以实现对从原子到蛋白质巨型大分子的粒子的100%的粒子检测效率，而与分子量和分子种类无关。

在 TOF-MS 中，必须以几 ns 的精度准确确定离子到达检测器的时间信息（1 ns = 1 纳秒 = 10^-9第二）。然而，迄今为止还没有技术可以安装低温高频多电缆系统，将超导探测器阵列与在室温下工作的基于半导体的电子信号处理系统连接起来。安装100根同轴电缆最严重的问题是抑制热流向放置在03 K低温环境中的超导传感器。例如，沿着直径为 100 µm、长度为 30 cm 的单根铜导体，产生的热流高达 100 µW 左右。如果有 100 根导体，并且同轴电缆不可避免地会变粗，则流量将达到数十毫瓦或更高，从而影响阵列探测器的使用。

RIIF-AIST此前已证明超导探测器的性能超越了传统技术的极限。如此优异的性能应用到实际测量仪器中必须面对一定的障碍，例如03K的低温环境以及从低温环境到室温的信号传导等。这些问题的研发工作的成果是在 AIST 的原始项目“多维信息飞行时间质谱仪 (Super-TOF) 的开发，2002-05 财年”下获得的。

超导探测器具有探测软X射线和大分子的优异性能，原则上这是X射线光谱分析中传统半导体探测器所不具备的⁽¹⁾和质谱⁽²⁾。然而，该系统需要温度低至03 K的低温环境，这是通过使用基于³He，例如氦的同位素。

另一方面，单个超导探测器的有效面积最大可达数百微米。因此，质谱仪的实际应用需要100个超导探测器阵列才能实现100%的粒子探测效率。此外，在TOF MS中，需要以几纳秒的分辨率确定粒子到达探测器的时间，为此，需要将快速脉冲信号从低温环境带到室温。对于由100个超导探测器装置组成的阵列，需要将100根同轴电缆引出低温环境以实现快速信号传输，并且为了保持低温恒温器稳定运行，必须将每根同轴电缆的热流保持在100nW以下。以如此规模安装如此多的同轴电缆被认为是不可能的。

在本研究中，通过将电缆尺寸减小到直径 033 毫米并使用导热率较低的金属导体，每根电缆的热流已被抑制到小于 54 nW。与此同时，通过在低温环境下测试电缆的导热性，证实了将同轴电缆安装到超导探测器的可行性。虽然迄今为止已经用同轴电缆的金属材料和其他原材料测量了低温条件下的导热率，但尚未报道最终制造后的超细同轴电缆的数据。

热导是传热的指标，受材料微观结构的影响。因此，可以预期，热导率主要通过制备涉及大应变的超细同轴电缆来改变。因此，原材料的导热系数数据被认为是不充分的，应在实际条件下测量电缆加工后的值。

图。 2 033 mm直径超细同轴电缆热导测量

为此目的，开发了一种新工具来确定小热流。图2显示了两种同轴电缆的热导测量结果。如果已知电缆长度和工作温度差，则可以利用测量数据估计准确的热流。在本研究中，考虑到高频特性而安装“同轴电缆1”。这种类型的单根电缆的热流为 54 nW，表明在 TOF-MS 低温恒温器上安装多达 100 根同轴电缆的可行性。

这项研发工作的成果将用于实现超导飞行时间质谱仪的实际应用。预计如果能够提供标有03K至室温热导率数据的电缆，用户无需进行前期实验即可估算出准确的热流，有助于低温环境下工作的超导器件的推广，使超高精度测量成为现实。