研究会等報告International Conference on X-ray Microscopy（XRM2016）
会議報告
公益財団法人高輝度光科学研究センター
利用研究促進部門
星野 真人
1. はじめに

今回で13 回目の開催となる X 線顕微鏡国際会

議 International Conference on X-Ray Microscopy（XRM2016）が、イギリス・オックスフォードで開催された。X 線顕微鏡国際会議の歴史は 1983 年（ドイツ・ゲッチンゲンにて開催）にまでさかのぼり、
1987 年から 2008 年までは3 年毎に開催されていたが、それ以降は 2 年毎の開催となっている。今回の会議場となったのは、University of Oxford の The
Mathematical Institute という建物で、歴史的な建造物が立ち並ぶオックスフォードの街中において近代的な外観の建物であった（図1 上）。会議は、8 月 15日〜19日まで開催され、夏休みシーズンということもあり、町の中心部は大勢の観光客で溢れていたが、学会には多くの研究者が参加しており、メイン会場はほぼ満員という盛況ぶりだった。主催者の発表によると、参加者は 380人以上で、発表申し込みアブストラクトの本数は 330 報に及んだ。オーラル発表
は、計22 個のセッション（内 14 個のパラレルセッション）で 65 件の発表があり、258 件のポスター発表が行われた。また、今回のポスター発表では、主に学生発表者を対象（ベストポスター賞の候補者を対象）とした2 分間の「Flash Talk」という場が設けられ、ポスター発表に加えて発表内容のハイライ
トについてオーラルで聴衆の前で発表できる機会が与えられた。最終日の午後には、オックスフォードから車で30 分程のところにある Diamond 放射光施設の見学ツアーが行われた。会期中は、イギリスにしては珍しく（？）
、ほぼ好天に恵まれており、猛暑に見舞われていた日本に比べて気温 25℃ 程度と非常に過ごしやすかった。また、一般的な学会であれば休憩時間は Coffee Break となるが、今回の会議ではイギリスという土地柄、Morning Tea や Afternoon
Tea ということで、企業展示およびポスター発表会場となっている Exhibition ホールにおいて紅茶（も図1 （上）会議会場となった University of Oxford,
The Mathematical Institute の正面玄関。
（中）
メイン会 場において Conference Summaryを講演中の Ian McNulty 氏。
（ 下）Exhibition
ホールにおける Morning Tea の様子。

ちろんコーヒーも）や菓子類が振舞われた（図 1下）。
SPring‑8/SACLA 利用者情報／2016 年 11 月 289

WORKSHOP AND COMMITTEE REPORT

2. 会議報告ということである。

では本会議報告書の本題として、会議中のオーラX 線光源と同じく、顕微鏡として高分解能計測をル発表を中心に得られた、最近の X 線顕微鏡分野実現するために不可欠なものが X 線用の光学素子の研究動向や最新情報について報告する。

であり、その進歩についても重要な議論の対象と言X 線顕微鏡の分野では、放射光光源に限らず、実える。X 線用の光学素子として、今日では一般的に験室系の X 線やレーザー励起 X 線など様々な光源利用されている Fresnel Zone Plate（FZP）の開発が使用されている。当然として新しい X 線顕微鏡に関する発表はほとんど見られなくなってきたの用光源（New source）に関するセッションも設けで、それ以外の光学素子に関する報告についていくられており、まずはスウェーデンの次世代放射光つか紹介したい。まずは全反射ミラー製作技術にお施設である MAX IV の稼動状況について、Lunds

いて世界をリードしている大阪大学の山内和人氏よUniversitet の Yngve Cerenius 氏により報告があっり、同研究室で開発を行っているミラー結像システた。特に X 線イメージング・顕微鏡に関係するビームの現状や、新たな試みとして Wolter III 型のミムラインに関しては、4 種類のビームラインを有すラーシステムの開発に関する発表があった。大阪大ることが発表され、それぞれ、① NanoMAX（硬学では、以前より Advanced Kirkpatrik-Baez（KB）

X 線 ナ ノ プ ロ ー ブ を 用 い た 計 測：STXM、XRD、ミラー光学系において結像型 X 線顕微鏡の開発をXRF、CDI など）、② MAXPEEM（LEEM、PEEM、行っているが、最近では monolithic のミラーの製XPEEM など）、③ SoftiMAX（軟 X 線ビームライ作が可能となり、実際に結像実験を行うことで、50

ン：STXM、Ptychography、CDI、Holography な

nm の L&S まで解像できていることが報告された。

ど）、 ④ DanMAX（in-situ & operando 計 測 用 硬ただし、Advanced KB ミラーにおける Wolter I 型

X 線ビームライン：XRD、absorption-CT、phase-の光学系配置だと焦点距離が長くなってしまうたCT など）と計測種類別に分けられており（各ビーめ、高倍率光学系を構成しようと思うと、光学系のムラインの通称に MAX が入っているのは個人的長さ（試料－検出器間距離）が 45 m にもなってしにはどうかと思うが、施設として統一感は出ていまうという問題があった。高空間分解能イメージン

る気がする）、2016 年度から 2018 年度にかけて、グを実現するためには、光学素子が持つ分解能も重段 階 的 に ビ ー ム ラ イ ン を commissioning し て い

要であるが、デジタル画像検出器を用いた計測におく計画が紹介された。ビームラインにおける計測

ける試料位置での実効画素サイズという観点からす技術を見てみると、次世代放射光光源として、光ると、高倍率光学系であることも重要な要素の一つ源の空間コヒーレンスを利用した測定技術（ナノである。これを解消する目的で、Wolter I 型光学系

集 光 や CDI、Ptychography な ど ） を 前 面 に 押 しから Wolter III 型光学系配置を採用することで、焦出しているという印象を受けた。一方で、実 験 室

点距離を短くすることができ、コンパクトな光学系

規 模の放 射 光 光 源として位 置 づけられた Munich

において高倍率を達成することが期待されることなCompact Light Source（MuCLS）の開発状況につどが紹介された。現状では、結像光学系ではなく集いて、Technische Universität München の Martin

光光学系の段階ではあるが、Wolter III 型光学系配Dierolf 氏によって紹介された。“How to shrinkage

置での集光を実現しているということである。また、

a synchrotron” と い う コ ン セ プ ト の も と、 ハ イ

JASRI の湯本博勝氏からも SPring-8 におけるミラー

パワーレーザー逆コンプトン散乱を利用した高輝開発の現状として、100 nm 集光を目的とした楕度 X 線光源として、Luminosity を最適化するため円体ミラーの開発について報告があった。現状の技の取り組み（衝突頻度の最大化、electron bunch

術で数 10 nm スケールの形状補正を容易に達成でcharge の最大化、レーザーパワーの最大化、光源きることが紹介され、STXM の集光素子として用いサイズの最小化）について紹介された。この光源にることにより、50 nm の L&S まで解像できているより得られる X 線強度は、3 × 1010 photons/sec程度とのことである。用途としては、イメージング、マイクロビーム放射線治療、冠動脈血管造影、位相コントラストによる呼吸時の肺の観察などへの応用ことが報告された。
ミラー以外の光学素子としては、近年の XRM でその開発に大きな関心が寄せられていた Multilayer
Laue Lens（MLL）の実用的利用として、20 nm の290 SPring‑8/SACLA Information／Vol.21 No.4 NOVEMBER 2016

研究会等報告

空間分解能での硬 X 線イメージングの現状について、Brookhaven National Laboratory の Hanfei
Yan 氏より報告があった。NSLS-II における硬 X 線
ナノプローブを用いたマルチモダリティイメージン
グとして、バライト粒子の Spectroscopic イメージングや、銅ナノ粒子の細胞毒性メカニズム解明への応用、ナノトポグラフィーへの応用展開への可能性などについて報告があった。
光源や光学素子などの開発・進歩の状況が報告される一方で、計測ツールとして一般的に認知され、利用展開されている X 線顕微鏡の報告も数多く見られた。応用範囲は、Life Science（例えばアルツハイマー病への応用：XRF 顕微鏡によるサブppm レ ベ ル の Cu の 検 出 へ の 適 用、Brookhaven
National Laboratory, Lisa Miller 氏）、Biomedical（低線量かつ高コントラストで 3 次元空間分解能の改良を目的とした Confocal STXM や FIB-SXM への 展 開、Helmholtz Zentrum Berlin, Christoph
Pratsch 氏 ）、Art（µ-XRD や µ-XRF, µ-XANES を用いた美術品における色の起源に関する研究への応用、ESRF, Marine Cotte 氏）、Material Science（Bragg coherent diffraction imaging を 用 い て
15 nm の空間分解能でのらせん転位測定や転位のオペランドトラッキングなどへの応用、ArgonneNational Laboratory, Andrew Ulvestad 氏 ） な ど多岐にわたる。また、従来の 2D（投影像）および3D（CT 像）計測から、例えば時系列情報を組み込んだ 4D（CT ＋時系列情報）計測といったような、多次元顕微鏡への展開を目的とした計測手法の開発も最近のトレンドとなっている印象を受けた。例えば、Paul Scherrer Institute の Marianne Liebi 氏
は、小角散乱とテンソルトモグラフィーを組み合わせた SAXS tensor tomography の開発について紹介し、マクロな物体の内部微細構造にフォーカスして、ナノスケール構造の配向を 3 次元で解析できることを示した。等方的な散乱であれば、散乱強度を積算することにより実空間で CT 再構成が適用できるが、異方性を持つ微細構造から生じる散乱の場合は、3 次元フーリエ空間情報の再構成が必要である
ことを示し、そのための計測手法（2 軸回転法）やその再構成方法についての報告があった。ただし、現状の課題として 1 計測あたり 20 時間以上の測定を要することが挙げられ、計測時間の短縮が今後の課題と言える。また、光源のコヒーレンスを利用したスペックルベースのイメージングに関してもいく
つ か 報 告 さ れ、 例 え ば Diamond Light Source のHongchang Wang 氏は、sand paper によって生じるスペックル像走査と画像相互相関法を用いることにより、試料の配向を反映した暗視野イメージングを比較的簡単に行えることを紹介した。今後、空間コヒーレンスに優れた低エミッタンスビームの利用が増えてくると、このようなスペックルベースの計測も増えてくるのではないかと思われる。
一 方 で、 時 分 割 計 測 の よ う な 高 速 イ メ ー ジ ン
グ の 場 合、 大 容 量 デ ー タ の 高 速 読 み 込 み や 処理（ いわゆるビッグデータ） が 重 要 な 検 討 項 目 になってくるが、そのための取り組みとして、PaulScherrer Institute の Christian Schlepütz 氏 に より SLS の TOMCAT ビームラインにおいて開発され た GigaFRoST（Giga Fast Readout System forTomography）についての報告があった。報告によると、2 分間で 1 TB 分のデータ取得が可能とのことであり、火山の噴火プロセスを模擬した系の時系列測定（3.7 µm/pixel の分解能で 1 CT 計測あたり 5 秒の計測を 10 秒おきに繰り返す）などに利用されているとのことである。また、多色光を併用することにより、30 keV 程度のエネルギーにおいて、1 CT 計測あたり 50 ms で行えることが紹介された（時間分解能 20 Hz）。この間に、試料は 600 rpmで回転しており、亀裂伝播のダイナミクスの定量解析に応用されているとのことである。一方で、不可逆変化のダイナミクスではなく、周期運動をする
試料のダイナミックイメージングにおいては、ゲート式 CT を用いることで、kHz オーダーの時間分解能でハエの羽ばたきのメカニズムを 3 次元で解析できていることが紹介された。その他に、Purdue
University の Kadri-Aditya Mohan 氏により、超高速計測に頼らずとも、従来の計測手法に一工夫（画像再構成手法の改良）加えることで、成長過程の金属合金デンドライトの 3 次元形態の可視化への応用について報告があった。
今回の会議では、単に一つの計測手法による測定ではなく、マルチモダルイメージングとして、onthe-fly Ptychography（100 nm 以 下 に 集 光 し た
ビームにより 1 点あたり数 10 ms の露光時間）とXRF を組み合わせた測定手法の開発に関する発表もいくつか見られた（Northwestern University のJunjing Deng 氏 や DESY Hamburg の Karolina
SPring‑8/SACLA 利用者情報／2016 年 11 月 291

WORKSHOP AND COMMITTEE REPORTStachnik 氏など）
。発表の中では、回折限界放射光年 の 功 績 を 称 え、Argonne National Laboratory

リ ン グ が で き れ ば、1 kHz で の Ptychography &の Chris Jacobsen 氏により、The Beetles の “HeyXRF 測定も可能になるであろうという発表者のコJude” の替え歌として 3 氏の功績がユーモラスに紹メントも見られた。

介された。その最後のフレーズを記載しておく。
“Hey all, we see it now. But at first it was not so

XRM では、新規デザインの光学素子や計測システムに関する提案・発表も歓迎されており、今回の会議で若手研究者の優秀発表に送られる TheWerner Meyer-Ilse Memorial Award を 受 賞 し たobvious. Remember to dream of what you might do.
Imagination will make it better.”

な お、 次 回 の XRM は、 カ ナ ダ の Saskatoon でPaul Scherrer Institute の Matias Kagias 氏は、同2018 年 8 月 19 日〜24 日 の 日 程 で 行 わ れ る ことが心円状の微小パターンを 2 次元平面内に並べた新しすでに決定している。また、今回の会議では次々回

い光学素子の提案を行い、シングルショットで試料（2020 年）の XRM の開催地の決定が行われ、台湾からの全方位散乱を用いてイメージングすることがとドイツ・ハンブルグが候補地として立候補し、投可能な計測手法の開発について報告を行った。従来票の結果、台湾で開催されることが決定した。台湾

方法では、透過型回折格子などを用いて、格子に直での開催は、2005 年の姫路、2012 年の上海に次い交する方向の散乱のみを検出して小角散乱イメージで、アジアでは 3 回目の開催となる。

ングに応用できることは知られていたが、今回の発表では光学素子のユニットセルを同心円の回折格子パターンにすることで、試料を面内回転させたり、回折格子の向きを変えたりすることなく、試料の微細構造の配向に依存した散乱イメージングが行えることを実証した。また、試料では入射 X 線の屈折が生じるので、従来の回折格子干渉計のように干渉縞のシフトが生じる。これは局所的な円形格子の結像面上でのシフトに相当するということであるので、そのシフト量を計測することにより、ある方向の微分位相像を抽出することも可能になるようである。

図2

他にも、特筆すべき発表はいくつかあったが、本稿のスペースの関係上、省略させていただく。なお筆者は、XRM については XRM2010 以来の参加であったが、以前のように、“X 線顕微鏡で世界最高の空間分解能が達成された ” といった主旨の発表件

XRM2016 Group Photo※用語説明
・STXM: Scanning Transmission X-ray Microscope
・XRD: X-ray Diffraction
・XRF: X-ray Fluorescence

数は少なくなったという印象である。言い換えれば、 ・CDI: Coherent Diffraction Imaging
数 10 nm～50 nm 程度の空間分解能での X 線顕微 ・PEEM: Photo Emission Electron Microscope
イメージングは日常的となってきており、顕微鏡ツールとして応用利用のフェーズに入っているという印象である。しかしながら、回折限界 X 線イメー
ジングが一般的になるという点についてはまだ課題も多く、今後の各方面における研究・加工技術・計・LEEM: Low Energy Electron Microscope
・SAXS: Small Angle X-ray Scattering

・FIB: Focused Ion Beam・XANES: X-ray Absorption Near Edge Structure

測技術の進歩に期待したい。
3. おわりに会期中には、スペシャルイベントとして、X 線顕 微 鏡 の 創 成 期 を 支 え た 3 人 の 重 鎮（Janos Kirz氏、Günter Schmahl 氏、Ronald Burge 氏 ） の 長

星野 真人

HOSHINO Masato（公財）高輝度光科学研究センター 利用研究促進部門〒679-5198 兵庫県佐用郡佐用町光都1-1-1
TEL : 0791-58-0833
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