文部科学省

PHOTON BEAM
P L AT F O R M

先端研究基盤共用促進事業

光ビームプラットフォーム
シンポジウム2019
主催： 光ビームプラットフォーム
協賛： 日本放射光学会、日本化学会、SPring-8利用推進協議会

日時： 2019年3月1日（月） 13:00 ～ 17:45
会場： 秋葉原UDX ４階 Gallery（東京都千代田区外神田4丁目14-1）

SAGA-LSJASRI/SPring-8

阪大レーザー研
兵庫県立大ニュースバル

立命館大SR

AichiSR

東京理科大
FEL-TUSKEK-PF

プログラムシンポジウム講演会 (会場：秋葉原 UDX 4F Gallery)
13:00～13:10 開会の辞、来賓ご挨拶
13:10～13:50 【招待講演 1】 硬Ｘ線 XAFS のデータベース
北海道大学教授 朝倉 清高
13:50～14:30 【招待講演 2】 光電子分光のデータベース・標準化動向― NIMS データプラットフォームセンターにおける計測データの自動収集と機械可読化の取り組みの紹介 ―物質・材料研究機構 材料データプラットフォームセンター
副センター長 吉川 英樹

14:30～17:00
O-1

プラットフォームの活動報告

硬 X 線 XAFS ビームラインでのラウンドロビン実験
KEK 物質構造科学研究所 木村 正雄

O-2

硬Ｘ線光電子分光（HAXPES）における基礎データの整備に向けた取組
あいちシンクロトロン光センター 渡辺 義夫

O-3

軟 X 線ラウンドロビン
立命館大学 SR センター 太田 俊明

O-4

小角散乱ラウンドロビンの検討状況・今後の計画
JASRI 産業利用推進室 廣沢 一郎

17:00～17:45

ポスターセッション、相談会併設（F：施設紹介、P：共用事例・技術報告等）
F-1［SAGA－LS］ SAGA-Light Source の現状

P-1

SAGA-LS ビームライン BL11 における XAFS 測定の高度化[SAGA-LS] 瀬戸山寛之、河本正秀、岡島敏浩

F-2［SPring-8］ SPring-8 産業分野の利用制度と利用技術

P-2

SPring-8 産業利用ビームラインの機器と事例
JASRI 産業利用推進室

F-3［NewSUBARU］ ニュースバル放射光施設における産業支援

P-31 汎用性の高い産業用分析ビームラインの実現と運用[SALLC] 長谷川孝行、上村雅治、粟根徹、深田昇、福島整、[兵庫県立大] 神田一浩
P-32 波長可変・偏光ガンマ線ビームライン[兵庫県立大] 宮本修治・橋本 智・天野 壮
F-4［阪大レーザー研］ 光学材料データベースシステム

P-4

パルスレーザーを用いた時間分解分光計測[阪大レーザー研] 猿倉 信彦

F-5［立命館大 SR］ 立命館大学 SR センターの現状P-5

軟 X 線溶液 XAFS 法を用いた in situ / operando 測定への応用[立命館大] 家路豊成

F-6

［AichiSR］ あいちシンクロトロン光センターの概要

P-6

あいちシンクロトロン光センターの現状と施設連携促進に向けた取り組み[科学技術交流財団] 上原 康，池野 成裕，渡辺 義夫，竹田 美和

F-7［東京理科大 FEL-TUS］ 赤外自由電子レーザー研究センター

P-7

赤外自由電子レーザー照射による強誘電体前駆体膜の分解
長谷川将太 1、中嶋宇史 1,2、藤岡隼 1、橋爪洋一郎 1、今井貴之 1 、築山光一 1 、岡村総一郎 1、1 東京理科大学、 2JST さきがけ

F-8

［KEK-PF］ フォトンファクトリ－（PF）における産業利用

P-8

フォトンファクトリーのマルチスケールＸ線顕微分光と共用事例[KEK 物構研] 武市泰男, 木村正雄

17：45～19：30

交流会 (会場：秋葉原 UDX 4F Next-2)

招待講演１

XAFS

データベース
朝倉清高

北海道大学触媒科学研究所
X-ray Absorption Fine Structure(XAFS)は、非晶質を含む様々な物質の吸収原子周辺の局所構造を得ることができる。1970 年代放射光が利用されるようになると、非晶質、溶液、表面、触媒、不純物の構造が多数調べられるようになった。[1] こうした中で、XAFS デー
タベースが作られ始めた。1989 年触媒便覧に XAFS データがまとめられ、[2]表 1 に掲げる
インターネット版データベースが作られつつある。[3]まず、我々はどうしてデータベースが必要なのかを考えてみよう。データベースが必要とされる最大の理由は、未知サンプルと既知のスペクトルを比較し、未知サンプルの同定に使うことであろう。また、構造の分かった物質のスペクトルを系統的に分析して、有益な情報を得たり、将来発展する人工知能を用いた深層学習により、有用な概念を引き出したりする際に使われるようになるだろう。
次にデータベースはどうあるべきか考えてみよう。データはさまざまな元素に対して大量にあるべきである。そしてデータは高い信頼性をもつべきであろう。最も信頼できるのは、自ら測定したものであろうが、効率が悪い。信頼性の高いデータをオープンにし、サンプルの素性や測定条件を示すメタデータが付属して、誰にでも理解できることも重要である。
北海道大学触媒科学研究所は大学共同利用・共同研究拠点として、XAFS データベースの構築と公開を進めている。原則誰でも利用できるデータベースであり、ボランティアベース
で誰でもデータを登録することができる。メタデータとしても最低限のものを入力できるようになっている。一方、信頼性に関しては次の方策をたてた。横軸の信頼性は標準物質を同時に測定し、対象データとともに標準データを登録する。標準データの横軸を他のデータに付随した標準データと比較して、横軸を校正する。縦軸の信頼性は、同じ物質を多数の測定者が測定し、もっとも一致したデータを真のデータと判断する多数決の原理を採用している。すなわち、1 人の権威者より 100 人の素人がとったデータを優先するという原則である。このデータベースの問題点はデータの数が少ないことである。現在全元素を対象としたデータベースでやっと 200 を超えたところである。これは、ひとえにボランティアベース
で手動入力によるところが大きい。極力負担を減らしたが、高い目的意識を要求しているからである。ではどうするか？ 一つの解決法としては、測定したデータを自動収集することであろう。幸い XAFS は放射光が必要なため、放射光施設ごとにデータを蓄える気になれば、容易にデータを蓄えることができる。あとは、セキュリティーを高くし、データのフォーマットとメタデータの統一を進めればよい。そして、あるタイミングで公開する。アカデ
ミアでは、論文公表とともに、論文に関連したデータを公開すればよい。あるいは 10 年な−1−

ど期間を区切って公開するルールを作ってはどうか？

ここで議論を必要とするのは、このルールを作ることもそうであるが、データの所有権は誰にあるのかという根本的な問いかけである。またデータを登録するインセンティブはなんなのか？ データの名前、フォー
マットはどうすべきかを考える必要がある。しかし、まずは全放射光施設が協力し、データベースを作り、公開する方向で議論をスタートするべきと思う。[4] 多難であるが、今やることで、10 年、20 年にきっと必要なシステムになっていると思う。

Table 1 Available XAFS databases (as of Dec. 31, 2017)
Database

URL

Features

F.W. Lytle
database

http://ixs.iit.edu/database/

CARS

http://cars.uchicago.edu/
xaslib/search

SPring-8 BL14

https://sp8dr.spring8.or.jp/
portal/dspace

EuropeanSynchrotron
Radiation
Facility, ID21
group

http://www.esrf.eu/home/
UsersAndScience

Photon Factory

https://pfxafs.kek.jp/xafsdata/list.php

Direct deposition and open source under the approval ofowner. 48 records.

Hokkaido
University ICAT
and JXS

https://www.cat.hokudai.ac.
jp/catdb/index.php?
action=xafs_login_form&
opnid=2

209 records nd 24 elements
Text format with metadata
Includes user name, beam line, and facility
Open access, but data uploading is restricted to users with
ID and password/Experiments/XNP/ID21/
php.html

Text format with periodic table interface
All data obtained by F.W. Lytle
19,307 records covering 74 elements
Text (XDI) format with periodic table interface andgraphical output of spectra (Newville et al., 2015)
171 records covering 13 elements
Measured at the Advanced Photon Source, SSRL, andNational Synchrotron Light Source
Includes suites (tagging-related spectra) and user ratings
Only available to SPring-8 users
725 records
Compressed text file (ZIP) format with metadata that
contains vendor and lot number
Sulphur database
41 (inorganic) and 26 (organic) records for S compounds
Graphical output, but text format is available
User name is included

Reference
1

Y. Iwasawa, K. Asakura, M. Tada, XAFS Techniques for Catalysts, Nanomaterials,
and Surfaces. Editor, Springer Nature, 2016.

2

触媒便覧 触媒学会編 講談社、2008

3

K. Asakura, H. Abe, M. Kimura, Journal of Synchrotron Radiation 2018, 25, 967-971
doi:10.1107/S1600577518006963.

4

本年 9 月に施設の XAFS 担当者とユーザが集まり議論をした。

−2−

招待講演2NIMS

1

La Trobe

XPS

Director

Director: Dr. Paul J. Pigram

https://cmsshub.latrobe.edu.au/xpsdatabase−3−2https://cmsshub.latrobe.edu.au/xpsdatabase

3

XPSSurfA

NIMS
4

−4−

https://www.nims.go.jp/MaDIS/about/M-DaC.html

AI
Convert

Extract

XML Output
5

XML

XPS

XML
NIMS

Ni3p

Schema on Read

Python

−5−

6

O-1

硬 X 線 XAFS ビームラインでのラウンドロビン実験
君島堅一1, 池野成裕2,†, 内山智貴3,§, 瀬戸山寛之4, 渡辺剛3,
阿部仁1, 岡島敏浩4, ○木村正雄1, 竹田美和2, 廣沢一郎3, 渡辺義夫2
1

KEK-IMSS-PF, 2AichiSR, 3JASRI, 4SAGA-LS, (現所属)†大林組,§京大
masao.kimura＠kek.jp

国内の放射光利用をより活性化するには、施設連携によるユーザーに使いやすい環境の提供がかかせない。我々は光ビームプラットフォーム事業の一環として、国内の放射光施設間でラウンドロビン(RR)実験を実施している[1]。RRの中で最初に取りくんでいる硬X線XAFSについて、比較的
高エネルギー側までの測定が可能な4施設(PF, AichiSR, SPring-8, SAGA-LS)の硬X線XAFS測定用
ビームライン(BL)の結果を中心に報告する。
XAFS (X-ray Absorption Fine Structure)は試料の化学状態や局所構造について元素選択的にかつ試料の状態や雰囲気の自由度が高い条件で測定出来る手法であるため、学術・産業の広い分
野で用いられており、国内の各放射光施設の複数のBLでXAFS測定が可能である。
ユーザーは必要に応じて施設やBLを選択あるいは複数を横断的に利用しながら研究開発を進めることが可能であるが、そのためには、施設報告などで公開されている一般的な情報(公称のエネ
ルギー範囲や強度など)だけで無く、同じ試料を異なる施設・BLで測定したデータの「互換性」も重要である。つまり、各施設でのXAFS測定に関して、統一された試料・実験に基づいた比較・検討を行うためのデータが揃っていると、ユーザーが最適な実験施設を選択する際の判断や、複数の施設での測定データを比較することが、容易になり、横断的な利用の促進につながる。
そこで、我々は標準試料(金属箔および金属酸化物)を用いたXAFS測定を行い、各施設・BLのエ
ネルギー分解能、S/N、測定可能な実効的エネルギー範囲について得られた結果について検討を進めている。施設間でBL間の特徴の違いに関するこれらの知見を共有することは、ユーザーの利便性向上につながると考えられる。さらに、国際的なRR活動との連携も進めている[2]。
現在、国内外のXAFSのコミュニティでは、得られたXAFSスペクトルをデーターベースとして共有する動きが始まっている[3,4]。我々の取り組んでいるRRの試みは、こうした施設を横断したデー
ターベースの作成のための基礎となる情報としても、重要性の高いものと考える。
参考文献」[1] 君島ら、第32回日本放射光学会学会年会、福岡(2019)[2] E. Welter et al., 17th Int. Conf. on X-Ray Absorption Fine Structure (XAFS2018), Krakow, 2018.
[3] K. Asakura et al., J. Synch. Rad., 25, 967 (2018).
[4] C. T. Chantler et al., J. Synch. Rad., 25, 935 (2018).

−6−

O-2

硬Ｘ線光電子分光（HAXPES）における基礎データの整備に向けた取組
安野 聡1、池野 成裕2,†、陰地 宏2,3、〇渡辺義夫2、廣沢一郎11(公財)高輝度光科学研究センター、2あいちシンクロトロン光センター、3名古屋大学
watanabe@astf.or.jp

硬Ｘ線光電子分光(HAXPES)は、硬X線(5～14 keV)を励起光として用いており、実験室(ラボ)系のＸ線光電子分光に比べて検出される光電子の検出深さが大きいことから、試料深部の電子状態を非破壊で調べることが可能となり、さまざまな材料・デバイス開発の分野で利用されている。
その特徴を大いに活用して我が国のHAXPESの利用は、海外の放射光施設の利用に比べて、学術利用のみならず幅広い産業利用分野に普及している。その一方で、定量分析に向けた検討[1]や分析深さの見積[2]など基礎的データの整備が国内外を問わず不十分であることから、光ビームプラッ
トフォーム事業の一環として、これらのHAXPESにおける基礎データの整備に向けた取組を実施している。今回は、SPring-8 BL46XUとAichiSR BL6N1で実施した定量分析に向けた検討結果を中心に報告する。定量分析に必要な硬X線領域における光電子の相対感度係数の取得を目的として、Wagnerらが提唱する化合物を用いて同一物質中の異なる元素の光電子強度の比を相対感度係数とする方法を検討した[3]。光電子強度は光電子の非弾性平均自由行程(λ)に大きく依存するが、同方法による相対感度係数にはλが比の形で含まれており、この比はマトリックスが変わっても大きな影響を受けないと考えられることから、λに関する補正を必要としない特徴がある。HAXPESは軟X線に比べて広い範囲の運動エネルギーの光電子が対象となる。このため、測定した準位の運動エ
ネルギーに依存してλが大きく異なるため、補正を必要としない同方法は扱いやすくHAXPESに適した方法と言える。これまでにSPring-8 BL46XUとAichiSR BL6N1の光電子分光測定において化合物
試料の相対感度係数を実測によって求めて同方法の有効性を検証している。図1(a),(b)は7.94keV
励起による各元素の1s軌道と2s軌道の実測値と計算値をO1sを基準元素軌道にして相対感度係数(現所属) †大林組を求めた結果である[1]。

(b)

(a)

図１ 1s軌道(a)と2s軌道(b)の相対感度係数の実測値と計算値の比較結果[1][1]S. Yasuno et al., Surface and Interface Analysis, 50, 1191(2018).
[2]N. Ikeno et al., 14th Int. Conf. on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces andNanostructures (ACSIN-14), 22P062, Sendai(2018).
[3]C.D.Wagner et al., Surface and Interface Analysis, 3, 211(1981).

−7−

O-3

軟Ｘ線 XAFS ラウンドロビン
立命館大学ＳＲセンター 太田 俊明
はじめに
光ビームプラットフォームではその活動の一環として昨年度より軟Ｘ線 XAFS のラウンド
ロビンを関連する施設で行っている。施設によってビームラインの仕様が異なるために、
硬Ｘ線 XAFS のように画一的なスペクトル比較は難しく、また、軟Ｘ線ならではの様々な課題もあるために、ラウンドロビンといってもその活動は多岐にわたっており、それぞれの施設の軟Ｘ線ビームラインで、フルの性能で XAFS 測定ができることを最終目的とする。どの施設のどのビームラインも多かれ少なかれ悩ましい課題を抱えており、ラウンドロビン活動を通して情報を交換することで課題解決につなげていくことができれば、光ビームプラットフォーム事業の成果と言えよう。
1. ビームラインの性能維持と向上
放射光源から分光器を通して単色光が試料に到達するまでに多くの光をロスする。それをどれだけ抑えて良質の単色光を取り出すか、性能を向上させるかがビームラインスタッフの役目であり、常日頃のメンテナンスと改良・改造にかかっている。大きな課題としては、高次光の影響、カーボン汚染が挙げられる。
2. 試料取り付けに関わる問題
施設、ビームラインによってそれぞれ独自の取り付け方法を行っており、施設それぞれ腕の見せ所になっている。ユーザーの要求レベルが次第に高くなっており、軟 X 線領域で高揮発性試料、液体試料の測定や、高温、ガス雰囲気下など特殊条件下での測定、大気非暴
露条件など様々である。ラウンドロビンを通してお互いに情報交換することで各施設の守備範囲が広がっていくことを期待する。
3. 測定手法の問題
軟Ｘ線は物質の透過能が硬Ｘ線に比べて小さいので、透過法は殆ど使われることが無く、電子収量や蛍光Ｘ線収量法が用いられているが、それらにはそれぞれ課題も抱えている。
微量な試料の測定ではノイズレベルとの戦いになるので、如何に測定環境のノイズレベルを下げるかは光源の強度を上げることと等価な重要課題である。
４．スペクトル解析
軟Ｘ線ＸＡＦＳで一番悩ましい問題がエネルギー較正である。軟Ｘ線ＸＡＦＳの論文はこれまで膨大な数の報告があるが、研究グループによって、分野によって、そのエネルギー値が異なるので注意を要する。最も望ましいのは、あいちが行っているように、標準試料の光電子スペクトルから、Ｘ線のエネルギーを求め、それを用いてエネルギー較正することであるが、毎回それをすることは煩わしく、二次標準として、各元素について、安定で、鋭いピークを持つ標準試料を用いることである。少なくとも日本国内だけでも、このラウンドロビンを通して、同じエネルギーになるよう調整をしたいものである。

−8−

5. ラウンドロビンの実際昨年度は、試料を基板にとりつけたものを各施設に順繰りに渡して測定してもらう方法をとった。しかし、ビームラインによってビームサイズや強度が異なると、あるビームラインで問題なく測定できたものが、別のビームラインではチャージアップによって測定できないということが起こった。そこで、今年度は、試料は同一にして、それを各ビームライ
ンで最適な方法で取り付けた試料のスペクトル測定をする方針に変更した。標準試料として選んだのは下表の通りである。

HOPG を除いて全て粉末試料である。乳鉢で微粉砕した試料を基板に塗布して測定する方法を採ったが、絶縁体試料の場合、試料の厚さをどうするかは各ビームラインによってまちまちである。特にばらつきがあったのが、グラファイトの C K、LiF の F K スペクト
ルなどである。これも各施設で試料の取り付け方や測定法を工夫することによってかなり
ばらつきが無くなったように思われる。
これらの結果についてビームラインの優劣を議論することはラウンドロビンの本来の主旨ではないが、少なくとも各施設のホームページで、各ビームラインの特徴、標準試料のスペクトルと測定時間を明記することはしてもらいたいと考えている。やはり、ユーザーに対して信頼できるＸＡＦＳ測定ができることを保証することが重要な役割であろう。
なお、今年度は間に合わなかったが、実試料、希薄試料についてのラウンドロビンを行う
予定である。

−9−

O-4

小角散乱ラウンドロビンの検討状況・今後の計画
佐藤眞直1、大坂恵一1、杉山信之2、山元博子2、加藤裕和3、杉本 泰伸4、
上原 康2、渡辺義夫2、〇廣沢一郎11(公財)高輝度光科学研究センター、2あいちシンクロトロン光センター、
3

あいち産業科学技術総合センター、4名古屋大学
msato@spring8.or.jp

光ビームプラットフォーム事業では、複数ある国内の放射光施設の更なる有効活用に向け、各施設の特徴を把握するために種々の放射光利用技術のラウンドロビン測定が実施されている。
XAFSとHAXPESは事業が開始した平成29年度より先行的に実施しているが、“小角散乱もラウンド
ロビン測定を是非実施して欲しい”との要望をいただいたため、平成30年度から取り組みを開始している。今回はSPring-8のBL19B2とAichiSRのBL8S2で実施した結果を報告する。
複合材料中のフィラー、高分子材料の高次構造、金属中の析出物から溶液中のタンパク質まで
小角散乱の測定対象は多岐にわたることから測定対象や測定目的に応じて注目するパラメーターが異なるが、今年度は波数分解能に注目して測定を行った。
波数分解能を検討する場合、理想的には粒径と形状が完全に揃ったナノ粒子の分散液を用いることになるが、容易に入手することができないため、単分散の粒径分布を持つ金コロイド溶液試料（ALDRICH製）を用いた。
SPring-8 BL19B2においてX線のエネルギーを18 keV、カメラ長約3 mで測定した粒径30 nmの金
コロイド溶液（図1）と、カメラ長約42 mで測定した粒径200 nm（図2）の金コロイド溶液の測定
結果を示す[1]。当日は、2月下旬に実施予定のAichiSRのBL8S3での測定結果も含めて報告する。

図1

粒径30 nmの金コロイド溶液測定結果

図2 粒径200 nmの金コロイド溶液測定結果[1] 佐藤ら、第32回日本放射光学会学会年会、福岡(2019).

− 10 −SAGA Light Source

F-1

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/3/1）

九州シンクロトロン光研究センター

SAGA-Light Source の現状● S A G A-L S 実験研究棟 1 F● ビームラインの利用状況 ( 2 0 1 7年度) ; 利用時間 1 ,6 2 2 .5時間（ 1 5 6 件）

分野

地域

所属

● ビームラインの概要

実験ホール内部の様子

ﾋﾞｰﾑﾗｲﾝ

光源 a)

単色器

光子エネルギー

実験手法

設置者

BL06

BM

2結晶分光器2.1keV- 23keV

XAFS, SAXS

九州大学

BL06
BL09

電子加速蓄積リング：1.4 GeV

電子線型加速器：255 MeV

BL07

BL10
BL17

BL07

W

2結晶分光器5keV- 35keV

XRD, XAFS, Imaging

佐賀県

BL09

BM

－
C.C.M b)白色（ピーク：5keV）
5keV- 20keV

LIGA process，Topo

佐賀県

BL10

U

VLS-PGM c)

30 eV – 1200 eV

PEEM, ARUPS

佐賀県

BL11

BM

2結晶分光器1.75 keV – 23 keV

XAFS, SAXS

佐賀県

BL12

BM

VLS- PGM c)

40 eV – 1500 eV

XPS, XAFS, etc.

佐賀県

BL13

U

VLS- PGM c)

15 eV –800 eV

ARPES, etc.

佐賀大学

BL15

BM

2結晶分光器2.1keV- 23keV

XAFS, XRD, Topo

佐賀県

BL11

BL16
BL12
BL15

BL13

県有BL

BL0７

BL09

BL1０

BL11

BL12

BL13

BL16

BL15

他機関BL
BL16

W

2結晶分光器1.8keV- 35keV

XRD, XAFS, etc.

住友電工

BL17

BM

VLS- PGM c)

40 eV – 3000 eV

XPS, XAFS, etc.

住友電工a) BM：偏向電磁石、U：アンジュレータ、W：ウィグラーb) C.C.M.：チャンネルカット型モノクロメーターc) VLS-PGM : 不等刻線間隔平面回折格子分光器（Varied-line-spacing plane grating monochromator）

BL06● X線 CT に よ る 非 破 壊 3 次 元 観 察 （ B L 0 7 ）● I n - s i tu XR D計 測 （ B L 1 5 ）位相イメージング法

B L15で の I n - s i t u X R D 測 定

位相X線イメージング法は、サンプル透過した際に生じた位相の変化（位相シフト）を画像化する方法で、従来の吸収法に比べて軽元素に対して1000倍以上高感度である。このため、主に軽元素で構成された生体の軟部組織や、有機材料を無造
影・高精細に観察することができる。同法の一手法である屈折コントラスト法(DEI)を用いてアスパラガス茎と発泡ポリーを観察した結果を示す。内部の詳細な茎構造や柱状構造を高精細に描出できている。

試料4

試料3

振幅の変化
X-rays

23

25

27

29

31

2θ (deg.)

33

35

試料1 ：

30分加熱→除冷→XRD測定

試料2 ：60分加熱→除冷→XRD測定

試料3 ：90分加熱→除冷→XRD測定

37

200

40

60

Elapsed time (min.)80

Normalized intensity (arb. units)

(222)

400

20

100
10
1

0

10

20

30

40

50

Atomic number

60

Phase-contrast 3D images of

詳細な構造を描出できており、エッジ部分のラインプロファイルから空間分解能を評価した結果、3ミクロン（画素サイズは1.3ミクロン）であった。測定時間は約4時間である。

焼成温度 160℃，165℃，170℃，175℃ の各温度で回折強度の時間依存を測定

(222)

1000

a broccoli(left) and a sponge(right)

I n - Ga - O ( I n :Ga = 9:1) 薄 膜 の 結 晶 化

670℃まで10℃/minで加熱後、5分毎に30秒間露光で測定

0

位相コントラス
トイメージング

Energy18 keV
35 keV
50 keV

10000

顕微X 線CT
In-Ga-O(IGO)系アモルファス薄膜の加熱による結晶化過程の測定において、
従来のXRD測定では、加熱前後の測定のみであった。PILATUS 100K(Dectris製)
顕微X線CTは、放射光の単色・平行・大強度を利用して非破壊で試料内部の構造をミクロンオーダーで三次元的に可視化すとDHS 900(Anton paar製)を用いることで、結晶化過程のIn-situ測定に成功した。 る手法である。左図に撮像系の模式図を、右図にエネルギー10 keVのX線を利用して微化石を観察した結果を示す。内部の

600

0

位相の変化

100000In-situ XRD測定の様子

I n - Ga - O ( I n :Ga = 2:1) 薄 膜 の I n - s i t u 測 定

(222)

試料

DHS 900(Anton paar製)
最高到達温度 : 900℃

試料4 ： 120分加熱→除冷→XRD測定

800

高温(710ºC)での測定の様子

DHS 900

試料1

21

Crystallite size (nm)

吸収コントラス
トイメージング

Sample位置試料2

100

IGOの回折像の時間変化と(222)反射から求めた結晶子サイズの変化

焼成温度：160℃

フィッティングモデル:
fc (t) = 1 – exp[–k(t – tx)d]d : Avrami 定数

0

50

100

150

Elapsed time (min.)200

加熱によるIGO(222)反射の強度変化

焼成
温度

結晶化の
核形成成長

高

薄膜内部から低sCMO
camera forvisible lightBlackout cover
Scintillator
SampleObjectivelens

SR

基板界面から

Manual X-Y table（Avrami 定数から）各温度での回折強度の時間依存から結晶化の核形成
成長は、焼成温度が高いほど薄膜内部から、低いほど250
基板界面から起こることを明らかにした。

● 多 チ ャ ン ネ ル 記 録 に よ る 蛍 光 XA F S 測 定 （ B L 0 7 , B L 1 1 , B L 1 5 ）
多成分系試料の蛍光XAFS測定では、観測される蛍光スペクトルのピーク帰属と目的元素ピークのウィンドウィングが必要である。蛍光検出器の信号処理系をXAFS計測アプリから同期的に制御することで、「入射Ｘ線エネルギー×蛍光ス
ペクトル」を2次元データとして記録するシステムと、その2次元データから目的元素ピークのウィンドウィングを「事後」的におこなう処理ソフトウェアを開発した。

Rotational table
X-axis positioner
Y-axis positioner

ImaginglensInfinity
opticalsystemTable for focus
adjustment

微化石の観察結果。
空間分解能は3ミ
クロン

顕 微 X 線 CTの 模 式 図 。
蛍光体により可視光に変換した後に検出して
いる。

200
µm
3D image of a small fossil by μ-CT

Base

● 可搬型イオンポンプ付き試料搬送導入装置（ BL 1 2 ）軟X線を用いた表面分析において、触媒や電極など反応性の高い表面を有する材料は測定前の調整過程で大気暴露による表面汚染や酸化などの問題がある。この様な問題を回避するため、真空中に試料を封じ込め、装置間を移送するための電池駆動可能な小型の超高真空イオンポンプ搭載した可搬型超高真空試料搬送導入装置を開発した。

試料搬送導入装置

電池駆動式
小型イオン
ポンプ

Co板表面の酸化抑制効果
装置全体
・全長：約67 cm
・質量：約7.8 kg
小型イオンポンプ
・電源：単三乾電池16本・動作可能時間：30時間以上
・到達圧力：P ～10−6 Pa台

同軸型
直線導入

OH基 C oO

O1s
X PS スペクトル

50000 (c)光電子強度 (cps)Intensity (arb. units)

PILATUS 100K

Sensitivity ratio（phase／absorption）

従来のX RD測定（θ −2θ 走査法）

BL17

40000
30000 (c)

大気中に1時間暴露後

20000

本装置内で
10時間保管後

10000
0

試料格納
真空容器

蛍光検出器信号処理系制御アプリ：XAFS計測アプリ
からは「検出器の１つ」として取り扱われる。

２次元データ処理アプリ：「入射Ｘ線エネルギー×蛍光スペクトル」
２次元データからROIを確認・設定し「9809」形式で出力する。

従来のイオンポンプを搭載していない装置の到達圧力は～10-4 Paであることから、本装置の到達圧
力は従来のものよりも二桁向上した。

− 11 −

(b)
(b)
(a)
(a)
536

スパッタ直後

534
532
530
528
結合エネルギー (eV)526

Journal of the Vacuum Society of Japan, 59,192-195, 2016.

本試料搬送導入装置で保管した場合、試料表面の酸化がほとんど起こらない。大気暴露した試料表面はOH基由来の成分が主である。
イオンポンプを搭載した試料搬送導入装置を用いることでCo板表面の酸化を１/20以下に抑制できる。

SAGA Light Source

P -1

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/3/1）

九州シンクロトロン光研究センター

SAGA-LSビームラインBL11における
XAFS測定の高度化〇瀬戸山寛之、河本正秀、岡島敏浩 （九州ｼﾝｸﾛﾄﾛﾝ光研究ｾﾝﾀｰ）
in-situ用試料加熱セルの新規導入

概要
Ｘ線吸収原子の価数や局所構造などの情報を得ることができるＸ線吸収微細構造（XAFS）測定は、元素選択性をもった構造研究に用いられる手法であり、幅広い分野からユーザーに利用されている分析手法である。
SAGA-LSでも多岐に渡るニーズに対応するために、極微量元素を対象とする
蛍光収量法XAFS測定を中心に高度化を行った。
（1）高計数率の７素子シリコンドリフト検出器導入による極微量元素を対象とした蛍光XAFS測定システムの立上げ（２）蛍光X線スペクトルの全データ保存対応による２DXAFS解析用ソフト
ウェアの開発（３）SAGA-LSのXAFS全ビームラインの測定ソフトウェアの共通化（４）蛍光収量法に対応した加熱石英セルの新規導入による、
in-situ蛍光XAFS測定への対応

蛍光検出器対応型の試料加熱セルを新規に導入し、任意の環境下(温度・ガス雰囲気)での
in-situ蛍光XAFS測定に対応した。
本セルの導入により、650℃までの任意のガス雰囲気下における試料加熱状態での蛍光収量法・透過法XAFSの同時測定にも対応可能となり、触媒材料などの微粒子材料のより詳細な評価が行えるようになった。

試料ホルダー

測定条件：15min/scan
昇温条件：25→650℃／14scan
昇温速度：３℃/min(約45℃/scan)

NiOの水素還元反応：XAFS測定

蛍光法

ビームライン概要
ビームライン構成図(BL11)(BL10)

MBS
Source point (ABS+BS) Be-window Monochromator
4WS

Top view
Focusing mirror

透過法

Focal point (designed)

DSS

Side view
1st exp. hutch

2nd exp. hutch

10 m

多素子シリコンドリフト検出器の新規導入

17 m
26 m

高計数率の多素子シリコンドリフト検出器(７SDD)を導入し、微量元素を対象とした蛍光XAFS測定システムを立ち上げた。これにより、既存の検出器を用いたXAFS測定
では検出感度やビームタイムが不足した超微量な元素のXAFS測定が可能となった。

・Source: Bending magnet Critical energy: 1.9 keV, acceptance: 8 mrad (Max)・Monochromator: Si(111) double crystal, energy range 2.1～23 keV・Focusing mirror: Bent cylindrical, Rh-coated fused quartz, Rsagittal=46.94 mm
・Measurement methods: Transmission, Florescence Yield, Electron Yield
・Typical photon flux: 3×109 photons/sec @ 300 mA, Ehν=7.2 keV (not focusing)・テクノエーピー社製：XSDD50-07
・全有効面積：350mm2測定ソフトウェア・データ処理ソフトウェアの開発
多成分系試料の蛍光XAFS測定では、観測される蛍光スペクトルのピーク帰属と目的元素ピークのウィンドウィングが必要である。蛍光検出器の信号処理系を
XAFS測定ソフトウェアから同期的に制御することで、「入射Ｘ線エネルギー×蛍
光スペクトル」を2次元データとして記録するシステムと、その2次元データから
目的元素ピークのウィンドウィングを「事後」的におこなう処理ソフトウェアを開
発した。

SR

(collimated to 50mm2×７素子)
・エネルギー分解能：244eV＠5.9keV

Mn Kα(ﾋﾟｰｷﾝｸﾞﾀｲﾑ 0.25μs、1000k OCR)

既存検出器との比較：Cr K-edge XANES測定
100ppmXAFS測定ソフトウェア

1 ppm

10ppm

1SDD

1SDD

7SDD

7SDD

19SSD

19SSD

1SDD
7SDD

19SSD

測定試料： Cr2O3を窒化硼素で希釈してペレット状に成型したもの
濃度条件： Cr2O3：100 ppm、10 ppm、1 ppm
検出機器＆：単素子シリコンドリフト検出器
測定条件
７素子シリコンドリフト検出器
19素子Ge半導体検出器

蛍光検出器信号処理系制御ソフトウェア：積算時間 10秒/点：積算時間 4 秒/点：積算時間 4 秒/点

7SDD用視野制限スリット（防護カバー）の試作

検出強度
増加

各素子で検出される蛍光X線の強度を色で視覚的に表示し、セッティング調整や測定時の状況を把握できるようにした。

２次元データ処理ソフトウェア
B

A
Cr Kα

C

酸化クロム(Cr2O3)/BN希釈(100ppm)を用いて取得したCr-K端近傍の、SDDデータを2次元表示
したもの(画面A)。横軸が入射光エネルギー、縦軸がSDDチャンネルに相当する。
任意の入射光エネルギーでの蛍光X線スペクトル(画面B)において、ROI指定した蛍光X線ピーク強度(赤色領域)を抽出した部分蛍光収量XAFSスペクトル(画面C)が表示される。このデータを「9809」
形式で出力することができる。

XAFS測定時に検出される弾性散乱等の影響を防ぐため、また、素子表面防護のための視野制限ス
リット兼防護カバーの開発を進めている。試作品の製作には３Dプリンターを用いており、検出器への取付け方法等の問題点洗い出し等に重宝している。

焦点距離(設計)
CAP表面から 5 mm
素子表面から 22 mm

無有素子
22.0 mm

5.0 mm試料

焦点位置での視野制限スリットの効果

まとめ・謝辞・SAGA-LS BL11に、多素子シリコンドリフト検出器を新規導入し、微量元素を対象とする蛍光収量法XAFS測定システムを開発した。また、多チャンネル記録
による蛍光XAFS測定プログラムを開発した。
・蛍光検出器対応型の試料加熱セルを新規に導入し、任意の環境下(温度・ガス雰囲気)
でのin-situ 蛍光収量・透過法同時計測XAFSに対応した。
・視野制限スリットの製図・製作にご協力頂いた石田成氏(SES社)に感謝致します。

− 12 −

F- 2

光ビームプラットフォームシンポジウム2019（2019/3/1）

SPring-8産業分野の利用制度と利用技術
高輝度光科学研究センター 産業利用推進室

放射光施設横断産業利用課題、一般課題 只今、募集中 3月
月20ままで
http://www.spring8.or.jp/ja/users/proposals/call_for/industrial_19a-2

審査課題

一般課題（ 産 業 利 用 分 野 ） 、 放 射 光 施 設 横 断 産 業 利 用 課 題

共通事項
1) 利用料なし （消耗品実費のみご負担いただきます）
2) 募集期のみ申請受付、提案内容の審査を経て採択
3) 産業界（民間企業もしくはそれに準ずる機関）所属者が含まれている研究組織が対象
4) 実施後3年以内に利用成果を公開 （学術誌、もしくはSPring-8利用研究成果集での論文掲載）

一般課題（産業利用分野）に特徴的な制度a) 年２回の全共用ビームライン２６本対象の課題募集。BL14B2, BL19B2, BL46XU対象の募集は年４回b) 実施後、成果専有課題（有償・非公開）への変更可能

放射光施設産業利用課題に特徴的な制度
a) 全募集ビームタイムの20%を上限とし、優先的に採択
b) SPring-8以外の国内放射光施設で実施が確定（実施済み）した関連課題を有する。
c) BL14B2, BL19B2, BL46XUを対象に年6回募集
d) 不採択となった課題は一般課題（産業利用分野）として再審査

成果専有課 題 （ 有 償 ・ 非 公 開 ） 一般課題（ 専 有 ） 、 測 定 代 行 、 産 業 利 用 準 備 課 題
共通事項
1) 有償・非公開（実験責任者名、所属、実施ビームラインは公開されます。消耗品実費もご負担いただきます）
2) 課題内容審査なし （法令順守や実験安全のみ審査）

一般課題（専有）に特徴的な制度a) 年２回の全共用ビームライン２６本対象の課題募集。BL14B2, BL19B2, BL46XU対象の募集は年４回b) 利用料単位 1 シフト（８時間） あたり ４８万円

測定代行に特徴的な制度

a) 対象の測定手法 XAFS(BL14B2)、粉末回折（BL19B2）、小角散乱（BL19B2)、GIXD（BL46XU）、HAXPES(BL46XU)b) 随時受付、JASRI職員が測定 （利用者来所不要）c) 利用料単位 1/4 シフト（2時間） あたり １８万円

産業利用準備課題 (2019年度より実施)

a) BL14B2, BL19B2, BL46XUで実施可能な全技術 （測定代行に加えて、X線イメージング、歪測定など）
b) 随時受付、JASRI職員が測定 （利用者来所不要）c) 利用料単位 1/8 シフト（1時間） あたり ９万円 上限２時間まで− 13 −

㻼㻙㻞

光ビームプラットフォームシンポジウム㻞㻜㻝㻥（㻞㻜㻝㻥㻛㻟㻛㻝）

SPring-8産業利用ビームラインの機器と事例
高輝度光科学研究センター 産業利用推進室
X線イメージング

BL14B2XAFS

BL46XU

ホイップクリームの経時変化

ホ イ ッ プ直 後

BL14B2XAFS ラウンドロビン測定実施中（CT, ラミノグラフィー）

標準試料XAFSデータベース公開中
http://support.spring8.or.jp/xafs/standardDB/standardDB.html

試料交換を含めた自動測定
遠隔測定にも対応

冷凍保存1日日後https://user.spring8.or.jp/apps/experimentreport/detail/18997/ja

低温試料容器冷凍食品のCT観察用に整備

粉末X線回折等

ラウンドロビン測定の例

BL19B2希薄試料 （CuO BNで希釈

10 ppm）

2018年度本格的供用開始したハイスループット多目的回折装置

new_Data1

Intensity

IP01-05

14.8

15.2

15.6

16.0
薄膜試料GIXD測定例 (pentacene)2 / nm )高速で高分解能な測定
CeO2標準試料

温度制御も含めた全自動測定

課題番号 2018A1801 君島他
https://user.spring8.or.jp/uisearch/expreport/ja/?criteria.institution=0

5 – 35 keV 異常分散測定
板状試料にも対応

BL19B2

小角散乱

BL46XUHAXPES

小角散乱ラウンドロビン測定実施中

HAXPES ラウンドロビン測定実施中
射出形成したポリプロピレン
小角散乱プロファイルの異方性

I. Hirosawa et al., Jpn. J. Appl. Phys. 55, 03DD09 (2016).
Au 10 nmPentacene 25 nm
Si

Au 10 nm, pentacene 25 nmに覆われたSi 1s スペクトル

Scienta Omicron
R-4000放射光施設横断産業利用課題 2018A1800 星川他 (PF, J-PARC)
https://user.spring8.or.jp/uisearch/expreport/ja/?criteria.institution=06, 8, 10 keV 励起で運用（内部光源 Al K）

主に14 keV 励起で運用

RKE (eV)

Intensity (arb. unit)

70
60

6
–10

50
40

0

10

Bias voltage (V)

80°

30
20

30°
6092

6096

6100

Kinetic energy (eV)6104

深部の化学状態を非破壊で測定

BL14B2多軸回折装置

8

609 4BL46XU

Number density (μm )多様な実験（応力印加、液中、高温）・試料（構造材、線材、結晶・非晶・有機・無機薄膜、水面上膜、溶液 等々）に柔軟に対応–1

水中の基板表面に吸着した界面活性剤
X線反射率 と GIXD

6

Island数密度4～ 700 nm2

～ 250 nm

0

0

2
4
6
Thickness (ML)薄膜試料のGIXD

Intensity (arb. unit)

有機極薄膜のGI-SAXS

検出強度

200

–2

100
40
0

5

10

80

15

20

120

波数 (Å-1)1000

動径分布関数

0

1500

200
0

2

3

4

500

metal
O

引張試験機を載せてStress-Strainを測定（アーク溶接機を載せた測定事例もあり）

0

0

40

80

散乱角 (deg)− 14 −

120

160

0
0

2

4

6

距離 (Å)

8

10～ 700 nm500
～ 250 nm

00.9268/qxy

2.714

2
–3

10

–2

10

–1

–110

qxy (nm )平均island間距離

400

1000

Distance (nm)

還元干渉振動関数

300

1

RDF

–1

1000

600

3
2

2000

4

10

Ex-situ AFM image

Si substrate

2000

400

3000

a-IGZO (100 nm)

10

0

2
4
6
Thickness (ML)Intensity (arb. unit)

基板上非晶質薄膜の動径分布関数

6

10

6
4
2
0

–0.05

0

0.05

NewSUBARU

F-3

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）ᴾ

ニュースバル放射光施設における産業支援
ニュースバル放射光施設では、*H9P$のトップアップ運転、および*H9運転により、年間約時間の利用運転を実施しています。９本のビームラインが稼働中で、 (89/極端紫外光リソグラフィー、/,*$ナノマイクロ・デバイス加工、
材料創製・産業分析、レーザ・コンプトン散乱ガンマ線応用など、特徴的な様々な先端技術を用いて産業支援を行っています。

ᵏ ᵏ ᶋ ア ンジ ュレ ー タ ー ᴾ
３ ᶋ ア ンジ ュレ ー タ ー ᴾ

ニュースバル放射光実験施設

マイクロマシニング(89リソグラフィー
半 導 体 チ ッ プ 用 回 路 線 幅 の 微 細 加 工 技 術 で あり 、 㻝 㻜 㻌㼚 㼙 以 下 の 線 幅 形 成 技 術 開 発 を 推 進 し て い る 。 ニ ュー
スバルは㻱㼁㼂リソグラフィー技術のメッカである。
㻟㻜年前までは、㻢㻌㼙×㻢㻌㼙の大きさのスパコンが㼕㻙㻼㼔㼛㼚㼑㻌㻿㻱程度に小さくなったのは半導体微細加工技術 の お陰 で ある 。 以 下 にそ の 効 果 を示 す 。 㻌・ 処理速度の向上
・ 情報蓄積量の増大
半導体微細加工のよる線幅形成技術㻌
・ 低消費電力（微細細線の実現と線幅バラツキ（㻸㻱㻾）の・５年で２桁から３桁に製造費用を低減低減）㻌

㼕㻙㻼㼔㼛㼚㼑㻌㻿㻱の写真

利用時間（平成年度）ニュースバルの輝度スペクトル① 高精細レントゲン診断のための光学部品の開発
X線
線位相イメージングを実現するための高精度 X線
線光学素子を開発し、SPring-8でで生物 試
料 の 高 精 細 撮 像 に 成 功 しま し た 。 電 子 部 品 や 樹 脂 な ど の 内 部 欠 陥 検 査 な ど 、 工 業 用 の 非破壊検査にも有効な活用が期待されます。
② 小型の高性能医療検査システムの 実現
放射光で作製した３次元微細流路を用いてマイクロチップ上に癌などのバイオマーカーの免
疫検査機能を集積することに成功しました。全国に１０万ある小規模診療所で生活習慣病(癌
癌・糖尿業)やや感染症（インフルエンザ、ノロウイルス）のその場検査が可能になり、 POCT
（ 臨 床 現 場 即 時 検 査 ） 機 器 の 有 力 な シ ス テ ム とし て 製 薬 企 業 、 医 療 機 器 企 業 が 注 目 し て います。

半 導 体 微 細 加 工 の よ る 製 造 コ ス ト の 低 減 を実 現 㻌㻮㻸㻙㻜㻣㻘㻌㼄㻼㻿を中心とする表面分析ビームライン㻌
産業人材育成

二次元材料

姫路市など地方公共団体と協力して、民間企業の研究開発者・技術者を対象に、産業用分析
ビームライン（%/）を用いて;線吸収分光を中心とした分析実習を行っている。基本的な放射光分析の原理・特徴から応用事例を講義し、;線吸収分光の基本測定から液体試料などの応用測定を実習で行い、さらに参加企業の持ちこみ試料の測定を行うことで、参加企業に放射光利用の利点を体験して頂いている。本年度は平成年月日に開催し、社名が参加した。２社は今年度内の利用に直結した。

グラフェンや六方晶窒化ホウ素 (h-BN)ななどの一原子層からなる二次元材料が夢の材料として大きな期待を集めています。
① ： 独 自 の 二 次 元 材 料 成 長 技 術 を開 発
放射光分 析技術 を 駆使して 、 既存手 法より遙かに安全 で簡便な全く独自の原子層厚h-BN成成 長 技 術 （ 拡 散 ・ 析出 法 ） の開 発 ・高度化を進めています 。拡散・析出法は、一般に用いられて
い る 毒 性 ・ 爆 発 性 ガ ス を 一 切 使 用 しま せ ん 。

②：二次元材料の軟X線
線吸収・ 発光分 光
軟X線
線は、物質との相互作用が大きく、原子1個個 の厚さ でも 良 く
吸収される光です。このため軟X線
線放射光施設 NewSUBARU
は、まさに二次元材料の分析に極めて適した施設であるとい
え ま す 。 放 射 光 分 析 の 結 果 を フィ ー ド バ ッ ク し 、 新 た な 二 次 元
材 料 の 成 長 法 を 開 発 して い ま す 。

単原子層h-BNのの偏光
X線
線吸収スペクトル− 15 −

放射光実習㻌NewSUBARUᴾ

P-31

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）ᴾSALLC

汎 用性の 高い産 業用 分 析 ビー ムライ ンの実 現と運 用合同会社シンクロトロンアナリシスLLC㻌㻌 㻌 長谷川孝行・上村雅治・粟根徹・深田昇・福島整
兵 庫 県 立 大 学 㻌 高 度 産 業 科 学 技 術 研究 所 㻌 㻌 神 田 一 浩
背景：材料分野における多様な物質の測定ニーズ、多岐にわたる試料形態の分析ニーズ、高度な分析技術の利用ニーズが存在。
ニュースバルにおける産業用分析ビームラインの設置㻌

汎用性の高いビームラインの実現・運用

ニュースバル産業用分析ビームライン（BL05）㼄 㻭 㻲 㻿 分 析 可 能 元 素 の 一覧 㻌%/%

BL05A：930eV～4150eVをカバーするTender-X線領域のXAFSビームライン
Radiation
Shield

BL05A

ビ ーム
ラ イン

BL05A

光源

偏向電磁石

Toroidal取り込み角

7 mradM0

分光器

計 算 結 合 方 式 二 結 晶 分光 器
分光結晶：Beryl(1010)、、
KTP(011)、、InSb(111)、、
Ge(111)、、Si(111)

測定手法

XAFS㻌㻌㻌 㻌 ・全電子収量法
㻌 㻌 ・部分蛍光収量法

検出器

蛍光XAFS：：シリコンドリフト
検出器 (SII、、Voltex)

回折格子分光器

4-jaw
apertureBewindow

0

3.6

Mf

11.9

試料測定部

4WS

SampleDouble Crystal
Monochromator11.0

%/$

4-jaw
aperture

Toroidal

4WS

Bending
Magnet試料測定部

二結晶分光器

14.6

15.1

Aラ
ラインとBララインの2本
本のビームラインで、50～4150eVのの幅広いエネルギー範囲をカバーし、ほとんどの元素のX線
線吸収分光測定が可能

16.6 〔m〕〕

BL05B：50eV～1300eVをカバーする軟X線領域のXAFSビームライン

測定手法

XAFS㻌㻌㻌 㻌 ・全電子収量法
㻌 㻌 ・部分蛍光収量法

検出器

蛍光XAFS：：シリコンドリフト
検出器 (Ourstex)

M0

Spherical

S0

M1

S1

Bending㻌㻌Magnet

SH

0

4.0

10.5

14.0

21.0

21.5

Transmission

設置時のBe窓：45mm厚
利用可能エネルギー：1700eV～（Si-K吸収端以上）

0.745mm thickness

0.5

0.2

サンプルホルダーを2枚設置
01

2

作製された新規Be窓
窓

Photon energy（keV）

25μmとと45μmの
のBe箔
箔の透過率
CXROの
のウェブページ〈http://henke.lbl.

（超高真空側）gov/optical_constants/〉〉 よ り計 算

 Be箔
箔の薄型化（45μm→25μm））
フロントエンド側（～10-8Pa）） と ビー ム㻌 㻌 ライン側（～10-5Pa））の差圧に常時、㻌 㻌 耐 えら れ る 設 計→Be箔箔および補強スリット板（0.3mm幅
幅
㻌 㻌 の支柱）を溶融インジウムでフランジ

Intensity（a.u.）→1keV近
近 傍 領 域 に おける 透 過 率 の 向 上

㻌 㻌 に 固定25m
mm厚
厚 の 蓄 積 リン
グ 真空保護用 大面
NaCl粉末積Be窓
窓 を 備 えた こ と
by Beryl
で、BL05Aでで最 も 低100wt%
エネルギー領域をカバーするBerylをを用
BN粉
粉 末 で希 釈
10wt%
いて1keV近近傍に お5wt%
ける実用的なXAFS
1060 1070 1080 1090 1100 1110 1120 測定が可能となった。

Be窓付き 
ゲートバルブポリエチレン
シートで溶液セルを作製

・X線透過窓にBeを使用
・真空ゲートバルブに厚さ
Heガス

f43

45mmのBe箔をろう付け

34

450

460

Photon energy（eV）

Ti-L2,3吸収端スペクトル（TEY））

トランスファーベッセルとサンプルホルダー㻌

LiClの
のみAlフ
フィ ル
タ ーを 使 用With Al filter（100nm））

Intensity（a.u.）

Na2S2O3

Without filter

Cl-L（4th）

Cl-L（3rd）

LiClは
はAlフ
フ ィル ター（100nm厚厚）の使用に より
共存元素の高次線の影
響 が 少 ないスペク ト ル が得ら れた。

Li2O粉
粉末

LiCl粉
粉末

Li2Oの
の スペク ト ル は
Li2CO3と類似した形状のため、表層はLiのの炭酸塩が生成していると推察
され る 。

LiF粉
粉末

0.05M水
水溶液
50

粉末

60

70

80

Photon energy（eV）

3.0

*

2470

2480

2490

Photon energy（eV）

2500

S-K吸
吸収端XANESス
スペクトル（PFY））

本 整 備 に よ り 、 真 空 雰囲 気を必要としない実環境・実材 料 中 の 化 学 状 態 ・ 電子 状態分析が可能となった。

・Be窓の有効径 f12mm

55

60

65

70

75

Photon energy（eV）

Li-K吸
吸収端XANESス
スペクトル（TEY））
F1s→ (C-F)

2460

2.5

*

F1s→ (C-F)

シート
PTFEシ

(a)

(a) pristine

6.0
PTFEは
は 絶 縁 物 であ るにもb
5.0 感度かかわらず、TEY法
法で良くスペクトルが得ら4.0れた。
スペクトルのa変化から3.0、放射光照(b)射後ではC-F結結合が2.0
部分的に切断されたことが1.0
示 唆 され た 。

=0
=90

2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
3.0

Pristine
Irradiated

2.5(b) irradiated

=0
=90

2.0
1.5
1.0

740

0.0
675

crystalisolatedexp.
(c) =0(d) =900.0
675 680 685 690 695 700 705

0.5

680
700
720
Photnon energy（eV）

680

685

690

695

Photon energy/ eV

700

Photon energy/ eV

705

FIGURE 2. (a) and (b) are a schematic of a condensed phase
S. Nagamatsu et al., Proc. Int.Symp. Super-Functionalityof PTFE and an isolated PTFE chain, respectively. Comparison
1. Observed polarization dependence of F K-edge
F-K吸吸収端XANESス
スペクFIGURE
トル（TEY）） Organic Devices IPAP
Conf.
Seriesof the calculated F K-edge spectra of crystal PTFE (solid line),
XANES spectra for polytetraﬂuoroethylene(PTFE).
Angle� (2007).
the isolated molecule (dotted line), and the observed spectra
is deﬁned by the photon polarization-vector � and the rubbing(dashed line). (c) and (d) are the case of � 㻩 0◦ and the case of
direction. (a) is pristine samples. (b) is the observed results after� 㻩 90◦ , respectively.
the x-irradiation at energy 683 eV. Irradiation time is 10 h for◦◦� =0 and 9 h for � =90 .

THEORY− 16 −

大 気 中 で調 製 し た
Tiは
はL2,3吸収端の高 エネル ギー 側 にショルダーピークが
現 れ 酸 化 チタ ン の存在が示唆された。
本 シ ステム の 整 備に よ り大 気 中 で 変
質 しや す い金 属 材
料 や 電 池 材 料 などの分析・評価が可能 と な り今 後 産 業
利用の拡大が見込ま れる。

絶縁性試料のXAFS測定（BL05B）
LiCl粉
粉末

Intensity（a.u.）

Be窓
窓を介した大気圧測定室の整備と溶液セルの試作

大気非曝露で
調製

440

Li2CO3粉末

真空中で構造変化する試料

真 空 中 での 測 定 は 困 難

トランスファー
ベッセル内でAr
ガス封止(20時
間)

49

Na-K吸
吸収端XANESス
スペクトル（PFY））

 軟X線の特徴：透過率が小さい 気化など状態変化する試料（物質との相互作用が大）液体試料, 湿潤試料
 通常は高真空（10-5～10-6Pa）
㻌 㻌 以上で測定

L2

L3

大気下で
調製

146

Photon energy（eV）

液体試料のXAFS測定（BL05A）
軟X線領域におけるXAFS測定

Tiタ
タブレット

・トランスファーベッセル内に

0.3
0.1

1keV程度まで利用可能エネルギーを広げたい （Na, Mg, Al-K吸収端）

Sample32.0 〔m〕〕

・試料サイズは最大25 mm角

0.4

0

30.0

・BL05A, BL05B共通仕様

25mm thickness

0.6

28.0

BL05は
はユーザー企業で構成する合同会社シンクロトロンアナリシス
LLC（（SALLC））が兵庫県立大学
高 度 産 業 科 学 技 術 研 究所 の 協力を得て運用と維持・管理を行っている 。

大気非曝露XAFS測定

0.8

蓄積リング真空保護用Be窓
窓の改良

4WS
4-jaw
aperture

Hartman

M2

Spherical

大面積薄型Be窓の導入（BL05A）



ToroidalExit slit
Mf
S2

Plane VLS
grating

Entrance slit

Absorption intensity / arb. units

分光器

平面型不等間隔刻線
回折格子㻌 㻌 100、、300、、800 lines/mm

Spherical

Intensity（a.u.）

3 mradIntensity（a.u.）

偏向電磁石

TEY / arb units

光源
取り込み角

Radiation
ShieldBL05B

TEY / arb units

BL05B

Intensity（a.u.）

ビ ーム
ラ イン

According to multiple scattering theory of K-edge
XANES [8], the absorption cross section � with thelinearly polarized photon is written byA
2A㻘A� 㻩 − Im �1 㻔k㻕 2c e2i�1 t − 1 㻔1 − X 㻕 − 1 10㻘10 㻘(1)

atom at the middle of this chain, and converged spectra
are obtained by use of an atomic cluster with radius 0.6
nm. In the case of the crystalline PTFE (see Fig. 2a), theatomic cluster includes 78 atoms (25 carbon and 53 ﬂuorine atoms). Figures 2c, d show the comparison of thecrystalline state and the isolated molecule. Both � 㻩 0 ◦(Fig. 2c) and � 㻩 90 ◦ (Fig. 2d) give characteristic structure in the observed spectra. The comparison between the

NewSUBARU

P-32

ガンマ線ビームライン

レーザー波長=1064nm

����

����

1.5GeV
10

20

30

����

ガンマ線
ビーム

電子ビーム

ガンマ線エネルギ(MeV)

レーザービーム

40

����

ユーザー

����

����

����

����

����

����

ELI-NP
ミラノ大
Ecole
Polytechnique

����

10 mm
���������������������

����

衝突点1
電子ビーム

7.5m

Laser: CO2, Er, Nd(ω, 2ω)17m

大阪大学核物理研究センター(RCNP)
大阪大学レーザー科学研究所(ILE)
高エネルギー加速器研究機構(KEK)京都大学エネルギー理工学研究所
理化学研究所放射光科学総合研究センター

日本原子力研究開発機構(JAEA)
大阪府立大学工学部
レーザー技術総合研究所(ILT)
早稲田大学先進理工学研究科

γ-ray
9m

テキサスA&T大学

上海放射光

IIT-Roper
RRCAT

国内
甲南大学理工学部
量子科学技術研究開発機構(QST)

GACKO

レーザー

サスカチュワン大学

パリ大学

10 mm

垂直偏光
���������������������

ハッチ2
5.6m

ハッチ1

コリメータ

衝突点２

モスクワ大学(MSU)

オスロ大学

����

���������������������������������

NewSUBARU
0.5 - 1.5 GeV����������������������������������

水平偏光

����

1GeV

0

����

����

準単色

���� �������� �������� ����ガンマ線強度

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）

高輝度光科学研究センター(JASRI)
東北大学電子光理学研究センター

東京大学原子核科学研究センター(CNS)

波長可変・偏光ガンマ線ビームライン
ニュースバル・レーザー・コンプトン散乱ガンマ線BL01
兵庫県立大学 高度産業科学技術研究所

光核反応の研究と応用

円偏光ガンマ線による磁気コンプトン散乱

IAEA-CRPプログラム：光核反応断面積データベース
Konan University(γ, xn) cross section: 197Au, 181Ta, 139La(γ, n) cross section: 160Gd, 158Gd, 157Gd, 156Gd, 64Ni, 60Ni, 58Ni

NewSUBARU
facility, UH

Production of γ-ray beams, Laser system

Kyoto University

γ-ray beams monitoring

University of Oslo

- 電子スピンの分布を計測 -LivermoreとSaclayの光核反応

ガンマ線ビーム

ガンマ線

N
S

コリメータ

断面積の歴史的矛盾解決のためのプ
ロジェクト

γ-ray strength function TALYS data evaluation

ULB

宮本修治・橋本 智・天野 壮

鉄サンプル
磁化

散乱ガンマ線計測

IAEA-CRP-F42032

100%

磁場反転

(γ, xn) cross section: 192Os, 185Re, 184W, 183W,182W, 68Zn, 66Zn, 64Zn

スピン磁化率 [%]平坦効率中性子検出器

電子スピン依存Photo activation CCONE data evaluation

JAEA

散乱強度差

0

ガンマ線円偏光度の評価

ガンマ線の円偏光率(γ, xn) cross section: 103Rh, 89Y, 59Co

大型NaI(Tl)検出器

HP-Ge検出器(γ, xn) cross section: 169Tm, 165Ho, 159Co

ELI-NP
Moscow State
University

透過ガンマ線計測-100%

入射レーザーの円偏光率

高速陽電子ビームによる材料非破壊検査
欠陥

放射性廃棄物処理
電子

ガンマ線

129I53
128I53

安定 128Xe54

Zr のみ核反応が起きる
エネルギー領域93

反応断面積 [barn]] n r a b [ 積面断応反
0

0

陽電子は欠

陥に集まり、外殻電子とヨウ素-129寿命
1570万年

γray

γ線

Mo-99

Zr

93

5

5

10

光子エネルギー [MeV]Zr 以外の同位体

9310エネルギー [MeV]

同位体の中で不安定各種は中性子分離
エネルギーが低いことを利用。

安定

n

中性子

半減期=66h
β崩壊511keV対消滅ガンマ線エネルギー

試料

対消滅
0.511 MeV

鉄

高純度Ge検出器

宇宙ガンマ線偏光計試験 -標準偏光ガンマ線としてγ-ray

Tc-99m

半減期=6 h

SPECT

核医学検査

日本ではTc-99m は 80% の核医学検査に用いられている。年間100万件 = 年
350TBq必要 = Mo-99 が年間 20mg。

宇宙ガンマ線がTPC（TimeProjection Chember）内で対生成した電子陽電子の軌道を解析することにより、によりガンマ線偏光を計測

143keV
レーザーコンプトン
散乱ガンマ線のエネ
ルギー分布

対消滅
スペクトル

陽電子
8MeV

中性子

同位体製造
Mo-100U age
or g
St Rin

電子対生成

電子

対消滅する

β-

選択的核変換による混合放射性同位体の処理

R

A

B

SU

ew

N

コリメータ

放射性廃棄物n

寿命25 分

LCS γ
17MeV
電磁石

光核反応断面積の計測

レーザー

欠陥なし

TPC Polarimeter was tested
by Ecole Polytechnique− 17 −

F- 4

光 学 材 料 デ ータ ベ ー ス シ ス テ ム

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）

大阪大学レーザー科学研究所
所在地：〒565-0871大阪府吹田市山田丘2-6
代表者：猿倉 信彦
T E L : 0 6 - 0 68 79-872 3
E-mail: sarukura-n@ile.osaka-u.ac.jp

ILE, OSAKA

I. 光ビームプラットフォームにおける主な活動

II. 施設概要と産業応用の実例
施設概要① 放射光・レーザー分野の人材育成
放射光とレーザー分野の融合領域は今後大きく発展すると期待されます。阪大レーザー研では異なる二つの分野を繋ぐ人材を育成する事を目的とし、以下の取り組みを行っています。

・阪大基礎セミナー「放射光とレーザー」を開講（単位所得者9名）

真空紫外から中赤外域、フェムト秒からマイクロ秒、シングルショッ
トから高繰り返しまでの様々なレーザー光源だけでなく、計測面でも、本研究所独自の真空紫外ストリークカメラを始め、イメージング測定
系や低温クライオスタットも備えており、これらも利用可能です。
【主な利用可能設備】
・Ti:Sapphireレーザー• 赤外線FELレーザー施設との合同セミナー（参加者10名）(1 mJ, 200 fs, 1 kHz, 800 – 870 nm , 2ω以上も対応可能)

・YAGレーザー(nsレーザー：1064 nm, 2ω以上も対応可能
ps再生増幅器：10 Hz, 10 ns・500 mJ, 100 ps・50 mJ)・F2レーザー(1 mJ or 50 mJ, 200 fs, 1 kHz, 800 – 870 nm)

・ストリークカメラ(可視：最小計測レンジ200 ps, VUV：最小計測レンジ5 ns)

・その他光源、赤外～VUVオプティクス・分光器など② 国際会議「LSC2018」の運営

放射光とレーザー融合領域の交流拡大を目的とし、OPIC2018(OPTICS & PHOTONICS International Congress 2018)の専
門 会 議 の 一 つ と し て 「 LSC2018 (Conference on Laser andSynchrotron Radiation Combination Experiment 2018)」を、阪大・KEK共催で運営しました。
場所：パシフィコ横浜
日時：2018年4月25日（水）～27日（金）講演者：43名「高速中性子ディテクター」
浜松ホトニクス株式会社【概要】
高速応答かつ高感度な6Liドープ中性
子シンチレーター素材の開発に成功した。阪大レーザー研の激光XII号レー
ザー実験において特性評価を行い、有用性が確認され商談につながった。この研究は７編の学術論文と2件の特許に加え、3名の研究者を輩出した。

APLFガラスアレイ【経済効果と社会的インパクト】
将来のエネルギー問題を解決しうる
レーザー核融合の内部過程を従来材料以上に高速に高感度に観測可能である。このシンチレータは基礎研究向けだけでな
く、放射線検出や核反応を利用した医学
APLFシンチレータを用いたなど幅広い分野に利用できる。
中性子計測器③ 光学材料の標準スペクトルの測定・公開「ZnO透過オプティクスによる中赤外領域センシング」

ユーザーの皆様がレーザー研ご利用を検討する際に助けとなる実際の測定例として、標準的な光学材料の光学スペクトル（発光・吸収・透過スペクトル等）をレーザー研HPに公開しています。

公開例
http://www.ile.osaka-u.ac.jp/jp/ipartner/b-data.html

株式会社福田結晶技術研究所【概要】
中赤外領域イメージング研究としてスタートしたが、紫外光から軟X線においても高速応答・高空間分解測定が可能なZnO結晶の育成法・量産法の開発に成功した。この研究は17編の学術論
文、2件の特許、研究成果最適展開プロ
グラムA-STEPへの発展に加えて結晶販
売と2名の研究者輩出につながった。
【経済効果と社会的インパクト】
ステッパの光学系検査やEUV顕微鏡の撮影面の計測を従来材料より精密に計測できる。この技術はサファイア結晶を用いたLED基盤やスマートフォンのパネル開発にも発展した。

− 18 −

ZnO結晶

y

100μm

x
軟X線レーザーのビーム
パターン撮影

P -4

光 学 材 料 デ ータ ベ ー ス シ ス テ ム

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）
I L E , O S A KA

パルスレーザーを用いた時間分解分光計測
主な用途：放射線計測用シンチレータ材料やレーザー材料の蛍光寿命測定装置の主な利用例
真空紫外ストリークカメラシステム

直接遷移型複合フッ化物の真空紫外発光測定

BaLiF3 single crystal

計測装置の仕様●瀬谷・浪岡型分光器– 対応可能波長: 120-600 nm– 波長分解能: 1 nm

●ストリークカメラ

SCSS test acceletor– 時間分解能: >20 ps (slow scan)

K. Yamanoi, et al., Opt. Mater. 36, 769 (2014)

希土類添加フッ化物の真空紫外発光測定

Nd3+:LuLiF4

酸化亜鉛シンチレータのガンマ線照射影響評価

Nd3+:LaF3
ZnO single crystal

100kGyM. J. F Empizo, et al., Appl. Phys. Express 8, 061101 (2015)

T. Nakazato, et al., IEEE Trans. Nucl. Sci., 57, 1208 (2010)➡ 深紫外デバイス（LED, LD, レーザー, シンチレータ等）の開発・評価に有効➡ 学内の設備を利用して放射線照射実験も可能
新たな計測機器として、真空紫外イメージング分光器を現在開発中
1
(a)

0.1
(b)

LiCaAlF6
LiSrAlF6
LiF

0.01
(c)

0.001
100 120 140 160 180 200

Wavelength (nm)

試作機はほぼ完成

新規フッ化物結晶を組み合わせた半導体製造プロセスのプラズマ診断等への応用

真空紫外色消しレンズを開発
大阪大学レーザー科学研究所

所在地：〒565-0871大阪府吹田市山田丘2-6
代表者：猿倉 信彦
T E L : 0 6 - 0 68 79-872 3
E-mail: sarukura-n@ile.osaka-u.ac.jp− 19 −

立命大SRセンター

F- 5

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）

立命館大学SRセンターの現状
立命館大学SRセンター・太田俊明

問合せ先 E-mail: sr1@st.ritsumei.ac.jp

Bird view of the SR center
BL-11: VUV/SX-XAFS
BL-10: SX XAFS

BL-8: PES+MEIS

BL-12:SX Microscopy
BL-7: SX-PES

Specification of the Aurora Storage Ring
Operatingelectron energy

575 MeVElectron beam
current

200 mA

Critical wave
length

1.5 nmElectron beam
lifetime

5 hours

Harmonic number

2

Circumference

3.14 mBL- 13:SX XAFS

BL-6: LIGA
H30年度プロジェクト

１．文科省光ビームプラットフォーム事業
２. ＮＥＤＯ革新型蓄電池高度解析技術開発（RISING2）
３．成果公開有償利用 （１万円/１日）
４．産業利用
（スポット利用、受託分析、共同研究）
５. 放射光教育、アウトリーチ活動

BL-3,4,5: HX XAFS

BL-2: VUV-SX XAFS

Topics in FY2018

平 成３０年3月 電 気 化 学 会 論 文 賞− 20 −

BL-15:IR Microscopy

BL-1: VUV Spectroscopy

P -5

立命大SRセンター

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）

軟X線溶液XAFS法を用いた in situ / operando測定への応用
立命館大学SRセンター・家路豊成
緒言

立命館大学SRセンター軟X線XAFSビームライン(BL-10)
ビームライン全体図

軟X線領域のXAFS法は、軽元素や遷移金属のL吸収端を測定し化学状態(価数)や局所的な構造を調べることができる。近年、二次電池の充放電状態など電気化学的な反応過程を直接的に観察する目的により、このエネルギー領域において溶液の測定が必要となった。しかし、軟X線XAFS法は硬X線に比べ大気中では透過能が低く主に真空中での測定となるため、測定環境(圧力差)に十分耐えうる特殊な溶液セルが必要となる。

測定可能吸収端

放射光源

立命館大学SRセンターでは、これまで1-4keVの軟X線領域に吸収端を持つ元素について溶液測定を可能とするセルを含む装置開発を行ってきており、最近では従来測定されていなかった1.8keV
以下のナトリウム，マグネシウムについても溶液や電気化学測定を可能にした。今回は、電気化学測定の応用として、次世代大容量リチウムイオン二次電池(LIB)の電極の候補の1つであるシリコン(Si)負極系の電解液浸漬による電極表面変化とその後の充放電過程について、 in situ / operando 条件下で測定した結果を示す。

その他Pt, Auなど原子番号の大きい
原子のM吸収端も一部可能

高真空測定室光学系

 2×10-8 Torr 程度の高真空 Heガスを導入することで大気圧条件下での測定が可能(蛍光収量法のみ)
 2モード同時測定• 全電子収量（試料電流） ビームライン光学系• 部分蛍光収量（シリコンドリフト検出器）
Ni/Si 集光ミラー

電気化学セル放射光源

Beフィルタ(1:1フォーカス)0Be窓(大気圧下で使用)

4500 mm2結晶分光器
分光結晶：Beryl(1010)、
KTP(011)、InSb(111)、Si(111)、
Ge(111)、Si(220)7500 mm

試料

エネルギー領域： 1 keV～4 keV

9000 mm

本体はPEEK製。上部の注入口，窓材，後部治具を全てOリングとゴム板で密封し液体の漏れを防ぐことのできるシンプルな構造。

測定例
実験

LiClO4電解液

 リチウムイオン二次電池(負極)アモルファスシリコン(a-Si)薄膜(正極)リチウム金属シート(電解液)1M-LiClO4 EC:DEC=1:1 w/w%,
1M-LiPF6 EC:EMC=3:7 w/w%
 電気化学セル(上図)
窓材はポリイミドフィルム(PI, 厚さ5μm) 。
その上に銅集電箔(厚さ100nm)をスパッタし、更にその上にa-Si(厚さ50nm)をスパッタ リニアスイープボルタンメトリー測定(LSV) (LiClO4系)：HZ-7000(北斗電工社製)
充電 +3.0V to 0V, 放電 0V to +2.0V
掃引速度：0.12 mV/s
 充電測定 (LiPF6系)：SD8(北斗電工社製)
定電流充放電(3μA), 初期電圧+3.0V
 Si K吸収端XAFS測定：立命館大学SRセンター軟X線
XAFSビームラインBL-10 (右図)。
1820-1950eVのXANES領域を部分蛍光収量法で1スペクトルあたり14-16分で測定。

Si-O

Si-Si

Si-R?

LiPF6電解液
Si-F

7時間後

浸漬直後

1830

24時間後
7時間後

1840

1850

1860

1830

1870

1840

1850

1860

Photon Energy / eV

浸漬時間とともにSi-Oの結合を示すピーク強度が増加→電極表面で酸化が進行している。

浸漬時間とともにSi-Fの結合を示すピーク強度が増加。
特に24時間後では著しく、またSi-Oの酸化ピークも生じる。
→電極表面でフッ素化が進行している。
充電時のoperando XAFS測定
Si-F

Si-R? Si-O
Si-Si

Si-Li

充電

1cycle

Si-O?
Si-Si

放電

2

1

0

1cycle
0

1840

1850

1860

1870

1830

1840

1850

1860

1870

Photon Energy / eV

Photon Energy / eV

24時間浸漬させた電池の充放電時のoperando XAFS 測定→Si-Liの吸収が充電時に増加し、放電時に減少していることから充放電は行われているが、放電終了時において酸化ピークは残ったままである。

− 21 −

浸漬直後
浸漬23時間後3

Potential / Volt

Si-Li

Normalized Intensity (a. u.)

Normalized Intensity (a. u.)

Si-Si

1830

1870

Photon Energy / eV

充放電下でのoperando XAFS測定

Normalized Intensity (a. u.)

まとめ

Si-O?

Si-Si

浸漬直後

Si-R? Si-O

LIBのSi負極の電解液浸漬時およびその後の充放電過程における電極表面の変化を in situ /operando XAFS法により観察した。結果、浸漬による
電極表面の劣化が観察された。特にLiPF6ではSi-Fの結合が著しく増加し、XANESスペクトルおよびその充放電曲線からは実際に充電できていないことが分かった。

Normalized Intensity (a. u.)

Normalized Intensity (a. u.)

24時間後

1830

1840

1850

1860

1870

5

Time / hour

Photon Energy / eV

24時間浸漬させた電極の充電時の operando XAFS測定→Si-Liの吸収は観察されず、Si-Fの強度は増加を続ける。
また、充放電曲線では、浸漬直後と同様な充電は行われていない(充電されていない)。

10

㻲㻙 㻢

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）− 22 −㻼 㻙㻢

あいちシンクロトロン光センター

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）

あいちシンクロトロン光センターの現状と施設連携促進に向けた取り組み（公財）科学技術交流財団 あいちシンクロトロン光センター
上原 康，池野 成裕，渡辺 義夫，竹田 美和
あいちシンクロトロン光センターの現状
あいちシンクロトロン光センターは，2013年
年3月
月にユーザー利用を開始して6年
年 が 経 過 した 。 そ の 間 ， ビ ー ム ラ イ ン の増強を繰り返しながら利用の拡大を図ってきた。
光源加速器は，50 MeV直直線加速器，1.2 GeVブブースターシンクロトロン，1.2 GeV蓄
蓄 積 リ ン グか ら成 る 。 蓄 積 電 流
300 mAののトップアップ運転を行っており，運転中の電流値の変化は約 0.1 % を維持している。共用ビームラインは
開設当初の6本本から8本本に増設され，名古屋大学の単結晶X線
線回折ビームライン，愛知県のX線
線 ト ポ グラフィ ビ ー ム ラ
インを合わせると10本本となっている。2ヶヶ月 ご と の定 期 利 用募 集 と それ に 続 く 随時 利 用募 集 ， 測定 代 行 を 行う とと も に ，
利 用 相 談 ， 実 地 研 修 ， セ ミ ナー ・ 研 究 会 等 を 実 施 し ， 新 規 ユ ー ザ ー の 獲 得 に努 め て き た 。
利用は年度ごとに増大しており，2017年
年度は125のの企業・大学等から2046シ
シフト（1シ
シフト4時
時 間 ） の 利 用 が あ った 。
ビームライン全体の平均利用率は80.4 %とと 高 水 準 を 維 持 し て い る 。 ま た ， 文 部 科 学 省 の 光 ビ ー ム プ ラ ッ ト フ ォー ム 事
業において， 地域発課題連携推進のグループ リーダー の役割を担っており ，各施設の技術情報や成果情報検 索サ
イトの構築・運用等を通じて複数施設利用による高度な利用支援の取組を実施している 。また，XAFS，，光電子分光，小角X線
線散乱の測定技術の標準化 活動 に も積極的 に参加して いる 。
広角・ 小角Ｘ線散乱
BL8S3

Ｘ線トポグラフィ（ 愛知県）
BL8S2

超伝導偏向電磁石㻞㻘㻡㻜㻜㻞㻘㻜㻠㻢㻌㻞㻘㻜㻜㻜シ 㻝㻘㻡㻜㻜
フト
数 㻝㻘㻜㻜㻜

㻝㻘㻠㻜㻥㻌

㻝㻘㻜㻢㻝㻌

㻡㻜㻜㻜㻞㻜㻝㻟年度 㻞㻜㻝㻠年度 㻞㻜㻝㻡年度 㻞㻜㻝㻢年度 㻞㻜㻝㻣年度

図㻞 利用シフト数の推移
真空紫外分光
BL7U

その他
㻜㻚㻞㻑

公 共等
㻥㻚㻝㻑

常伝導偏向電磁石近畿㻝 㻠㻚㻟㻑
大 企業
㻟 㻥 㻚 㻠㻑薄膜Ｘ線回折BL8S1
大学
㻟 㻡㻚㻤㻑

蓄積リ ング

硬 Ｘ 線 Ｘ ＡＦ Ｓ Ⅱ
BL11S2関東㻞 㻡㻚㻡㻑

産 学共同
㻝 㻝 㻚 㻤㻑

ブース
タ ー・
リ ング

㻝㻘㻥㻜㻝㻌

㻝㻘㻣㻢㻥㻌

軟Ｘ線ＸＡＦＳ・光電子分光Ⅰ
BL6N1

中 部㻔愛知
県除く㻕
㻡㻚㻢㻑

中 小企業
㻠㻚㻜㻑

金 属 ・ 鉄鋼㻠㻑

愛 知県
㻡 㻠 㻚 㻟㻑繊 維 機 械 ゴ ム 製 品・樹脂
㻝㻑
㻞㻑 㻝㻑
そ の他
㻞㻑

食 料 品 ・ ヘルス ケア㻝㻑ガ ラ ス ・ 窯業 ・土石㻢㻑

粉末Ｘ線回折BL5S2

単結晶Ｘ線回折（ 名古屋大学）
BL2S1

軟Ｘ線ＸＡＦＳ・光電子分光Ⅱ
BL1N2

企業専用
（ デン ソー）
BL2S3

化学
㻣㻑

輸 送 用 機器㻠㻡㻑

調査・分析
サ ービ ス㻝㻝㻑

硬 Ｘ 線 Ｘ ＡＦ Ｓ Ⅰ
BL5S1

電 気 機 器 ・ 電子 部品㻞㻜㻑

アンジュレータ図㻟 㻞㻜㻝㻣年度の利用状況
・ 産学共同を含め産業利用が全体の 㻡㻡％を占める が ， 大学利用率が増加傾向

図 㻝 ビ ーム ラ イ ン 配 置 図

・ 県 内 利 用 が 半 分 以 上 を 占 め る が ， 関 東 や 近 畿 か ら の 利 用 者 も 約 㻠 割 と広 が りあり
・ 県 内 産 業 構 造 を 反 映 し た分 野 別 の 利 用 状 況 と なっ て い る

施設連携促進に向けた取り組み
光ビーププラットフォーム事業における「地域発課題連携推進」のグループリーダーとして，ユーザーが複数の施設を連携活用できるような仕組みづくりを進めている。具体的には，「光ビームプラットフォーム施設横断検索」サイトの構築と運用，施設間連携利用の推進，測定技術の標準化活動（ラウンドロビン実験）への積極参加である。検索サイトは， 㻞㻜㻝㻣年㻞月にリリース後，検索機能の充実とデータの追加更新を継続しており，ユーザーのみならず施設側の利用者支援にも役立つものを目指している。あいち 㻿㻾が関係した施設間連携利用は㻞㻜㻝㻣㻛㻝㻤年度で㻝㻢件に上り，また各施設の稼働状況に応じ利用者ニーズへの柔軟な対応を進めている。さらに，全てのラウンドロビン実験項目に参加し，利用技術の標準化に努めている。

■放射光施設の技術情報，公開事例検索サイトの構築・運用

URL:http://search.astf-kha.jp/Search1.php

・㻝㻜㻤本のビームライン情報 （共用ビームラインのみ）・㻞㻘㻞㻠㻝件の公開成果報告 （㻞㻜㻝㻤年㻝㻜月末までに各施設の㼣㼑㼎㻌㼟㼕㼠㼑からアクセス可能なもの）
・月平均で約㻞㻜㻜件のアクセス （㻞㻜㻝㻤年㻥月までの平均）■施設間連携利用：
課題の内容に応じて，得意分野の異なる施設が連携して課題解決を支援
例： 立命館㻿㻾 【軟㼄線㼄㻭㻲㻿】 → あいち㻿㻾 【硬㼄線㼄㻭㻲㻿】
あいち㻿㻾 【㼄㻭㻲㻿，㻼㻱㻿】 → 㻿㻼㼞㼕㼚㼓㻙㻤㻌【㻴㻭㼄㻼㻱㻿】
阪 大 レー ザ ー 研 【 光 散 乱 】 → あ い ち 㻿 㻾 㻌 【 小 角 㼄 線 散 乱 】
あいち㻿㻾㻌【㼄㻭㻲㻿】 → 㻿㻼㼞㼕㼚㼓㻙㻤㻌【㼄線㻯㼀】■測定技術の標準化活動 （ラウンドロビン実験）
㼄㻭㻲㻿（硬㼄線，軟㼄線），光電子分光 （㻼㻱㻿㻕，小角㼄線散乱 （㻿㻭㼄㻿㻕㻌実験に参加
・ 硬㼄線㼄㻭㻲㻿 㻔㻬㻮㻸㻡㻿㻝㻘㻌㻮㻸㻝㻝㻿㻞㻕㻌： 㻞㻜㻌㼗㼑㼂までの標準試料測定，微量銅酸化物の検出下限評価・ 軟㼄線㼄㻭㻲㻿 㻔㻬㻮㻸㻝㻺㻞㻘㻌㻮㻸㻢㻺㻝㻘㻌㻮㻸㻣㼁㻕㻌： 㻡㻜㻌㼑㼂㻌～㻡㻘㻜㻜㻜㻌㼑㼂 に元素吸収端を有する試料の測定
・ 㻼㻱㻿（㻬㻮㻸㻢㻺㻝㻕㻌： 実験データに基づく各元素の相対感度係数データベースを作成中（あいち㻿㻾㻦 㻟㻌㼗㼑㼂，㻿㻼㼞㼕㼚㼓㻙㻤㻦㻌㻤㻌㼗㼑㼂㻕・ 㻿㻭㼄㻿㻌㻔㻬㻮㻸㻤㻿㻟㻕： ナノレベル微粒子分散液での希釈度下限評価− 23 −

FEL-TUS

F-7

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）

東京理科大学
赤外自由電子レーザー研究センター
UV

Vis

IR

波長可変

5 – 10 µm(2000 – 1000 cm-1)
Micro Pulse

パルス構造

1-2 ps350 ps 2 µs

図 MIR-FEL 装置構成
40 MeV電電子線形加速器と光共振器を組み合わせ、波長領域 5～～10 µmににお い て 波長 可変 で ある 赤 外 自由 電

200 ms子レーザー （MIR (mid-infrared) – FEL）
） を 高 輝 度 か つ 高 出 力 で 発 振 する こ と が で き る 。

Macro Pulse

主な共用装置○中赤外自由電子レーザー発振装置：5-10 µmの波長領域で可変, ピコ秒ミクロパルス発振, 約10 mJのマクロパルスエネルギー出力○フーリエ変換赤外吸収スペクトル測定装置及び赤外顕微鏡（日本分光製）：生体組織切片や複合材料等のFEL照射物のin situ解析が可能○デジタルマイクロスコープArea PIII-FX (SK-Electronics)：高倍率レンズ(270-2700倍), 1200万画素CCDカメラによる 固体, 液体試料の顕微鏡観察が可能○可視紫外分光光度計（１滴測定システム）：200-1000 nmの紫外・可視領域の吸収スペクトルのスキャニング, 波長1点測定, 数µLの液滴でタンパク質濃度や核酸濃度の計測が可能

IR-FEL施設間連携による学術研究

KU-FEL（京都大学）との共同研究
中赤外FELにによ る メ ラ ニ ン の 分 解
FELWavelength:
5.8 µm

FEL at 1718 cm-1

遠赤外FELによるアミロイド線維の凝集分解

Beam
Power
diameter density(mm) (mJ/cm2)

2

500

1

2000

0.5

8000

Irradiation power(mJ/macro-pulse)

Non-irradiation（医療応用に向けた基礎研究）【メラノーマ】

非照射
FEL照射によりメラノ―マ細胞の数が減少
13C-NMR

FEL照射によるメラニンの変色を確認

2

パルス構造

パワー強度

1.5
1
0.5
0

50

60

70

80

90

100

110

Wavelength (µm)

・200 ppm付近にカルボニル基・150 ppm付近にカルボン酸のピークが出現⇒構造の一部がフラグメント化の可能性

Irradiation of calcitonin fibril by
FIR-FEL tuned to 74 µm
Irradiation energy (mJ)Parabolic reflector

THz-FEL（大阪大学産研）との
共同研究

解離

1000

Takayasu Kawasaki, Aomi Sato, Yuki Tominaga, You Suzuki, Takahiro Oyama,
Makoto Tadokoro, Koichi Tsukiyama, Kiyoshi Nokihara, Heishun Zen,
“Photo-Modification of Melanin by a Mid-Infrared Free-Electron Laser”
Photochemistry and Photobiology (2019) First published: 05 January 2019 https://doi.org/10.1111/php.13079

1 µm(900 mJ)

線維
500

100 µm00(25 mJ)
5(300 mJ)
60

Irradiation
time (s)180

主な採択課題物理系◎量子ドットにおける中赤外ポンプープローブ分光◎赤外自由電子レーザー励起による固体内局在中心可視発光

材料科学・ 化学系
◎新材料創出を目的とした有機金属化合物の精密分解◎赤外自由電子レーザーの温度イメージング◎赤外自由電子レーザーによるレジスト材料の界面付着特性の研究◎高輝度赤外光放射による分子配向制御

生命科学系◎赤外自由電子レーザーによるアミロイド形成ペプチドの分解◎赤外自由電子レーザーを用いた毛髪内タンパク質構造コントロール
MIR-FEL 年間稼働時間

1500-1800 時間/年

研究課題内訳/年 1－2 件（企業ユーザー） 7－8件（大学ユーザー）− 24 −

FEL-TUS

P -7

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）

赤外自由電子レーザー照射による強誘電体前駆体膜の分解
長谷川将太1、中嶋宇史1,2、藤岡隼1、橋爪洋一郎1、今井貴之1 、築山光一1 、岡村総一郎1

1東京理科大学、 2JSTさきがけ

緒言
開発した2軸駆動
ディップコーター

分子の振動準位に対応した波長で高出力な赤外レーザーを照射すると、分子が複数の赤外光子を同時に吸収する赤外多光子吸収が起こる。そして、分子振動エネル
ギー準位が結合エネルギー以上になると分子中の結合が切れることが知られている（赤外多光子解離）。IR-FEL は、近紫外から遠赤外の波長領域において高出力な発振が可能な放射光であり、材料の構造や運動性理解に関する有力な手法として幅広い実績がある。一方で、その高いエネルギー密度を活用すれば、対象分子中の多光子吸収によって、熱分解とは異なる分解反応を、波長選択性を持たせながら誘起することができると考えられる。そこで本研究では、IR-FEL 照射による有機金属化合物の分解手法の確立を目的として、代表的な酸化物強誘電体であるPZTの前駆体材料に対して、照射条件の異なるIR-FEL を照射し、その分解過程について調査した。

FEL-TUS
FEL発振特性

N

ミラー

S

N

S

≈

≈

⋯

2 μs

⋯

2 μs

⋯

2 μs

電子ビーム

𝑡𝑡

マクロパルスSN

試料

波長λ2の高出力レーザーにより分解

溶液

PZT 前駆体

N

ミラー

S

N

Sol-GelS

波長可変範囲5~14 μm

半値幅(@7.5 μm)

0.1 μmマクロパルスエネルギー< 50 mJ

マクロパルス繰返し

5 Hz

PZT

M : Ti, Zr
http://www.rs.noda.tus.ac.jp/fel-tus/Japanese/JAbout_FEL.html

1 mm/sPb O
O

Rm: CH3OC2H4Irradiation of focused FEL to
the PZT precursor film

Evaporating
the solvent

Dip coatingMODor

シンクトロン
放射光350 ps

波長λ1の高出力レーザーにより分解

試料作製
FEL

ミクロパルス

分子内の特定の結合を振動励起

電子銃+線形加速器

アンジュレーター

1~2 ps

照射イメージ図150ºC(for MOD)or
120ºC (for Sol-Gel)
1 min

SiO2 orPt/Ti/SiO2
substrate

2 axisauto-stage
convex lens

O Pb

M O

M O

ORm

ORm

FEL
PZT
Precursor
film

PZT

Scanning

溶液を用いて作製したPZT前前駆体膜へのFEL照照射
MOD溶溶液を用いて作製したPZT前前駆体膜へのFEL照照射 Sol-Gel溶※基板にはSiO2/Siを使用

FEL
発振領域

照射波数
νs, as (CH3) 1510, 1360 cm-1 : CH3 非対称変角、対称
変角モード
 1240 cm-1 : C-O 伸縮モード

ν C-O
δs (CH3)
δas (CH3)

照射波数

ν C=O

 ~1500 cm-1 : C=O 伸縮モード
 3300 cm-1 : O-H 伸縮モード※基板にはPt/Ti/SiO2/Siを使用

1510, 1360 cm-1 における照射結果

1410 cm-1 における照射結果

未照射部
60 μm

未照射部

60 μm

照射前

照射後

-CH3

-CH3

C-O

60 μm

照射部

AFM

 CH3 由来のピークがFEL照射後に減少(CH3 非対称変角、対称変角モードに対応する
ピーク)
 照射によって前駆体膜の65%が分解(FT-IRのピーク面積より算出)
 C – O伸縮モードも減少しており、熱分解同様にすべての官能基が分解していると考えられる

Ra

照射部

1360 cm-1
1510 cm-1
照射による表面像の変化
200 nm照射前後でのFT-IRスペクトルの変化

1240 cm-1 における照射結果

FEL照照 射 後 に結 晶 化 ア ニ ール 処 理 を 行 い 局 所 圧 電 性 を 評 価

未照射

-CH3
-CH3

5.06 nm 照射後にC=O 伸縮モードのピークが減少
 照射によって前駆体膜の65%が分解(FT-IRのピーク面積より算出)
 照射によって膜を構成するグレインのサイズが増大（ラフネスにして20倍以上増大）

60 μm

650ºC for 5 min.

照射

AFM
PFM
EDXを用いた照射部における元素分析

 EDX分析の結果から、Pb, Zr, Tiが照射部に存在している（完全にアブレーションして吹き飛んでいるわけではない）
 CH3 対称変角モードが高波数域にシフト
 C-O 結合のピークが特異的に減少していることから選択的な分解が生じていると考えられる。（熱分解反応とは異なる分解過程を誘起することができた）

まと め

200 nm

0.23 nm

200 nm

200 nmRa

2.52 nm2.64 nm

Grain
size

106 nm

130 nm FEL照射試料のほうが結晶化アニール処理後の結晶グレインサイズが大きくなった 局所圧電計測の結果から、明確な圧電バタフライが見られ、電場印加によって分極反転も生じていることが明らかになった。FEL照射によるダメージの蓄積等は見られていない。
 このように照射によってグレインサイズを制御する手法として活用できると考えられる。

• FEL照射による有機金属化合物の分解は可能であり、特定波長で照射することによって、熱分解とは異なる分解反応を誘起することが可能である• FEL照射のみで完全な分解を誘起することは困難であった。FEL照射後に熱分解および結晶化アニール処理を行い、PZT薄膜の圧電性を評価したところ、明確な圧電特性が観測された。照射試料のグレインサイズが大きくなる結果も得られており、PZT薄膜の微構造制御手法としても活用可能であるといえる。

− 25 −

フォトンファクトリー(PF)F- 8

光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）

フォトンファクトリー(PF)における産業利用
君島 堅一1, 2), 伴弘司1), 木村正雄1, 2)
高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 放射光科学研究施設
1)産業利用促進グループ, 2)物質化学グループ

Photon Factory (PF)高エネルギー加速器研究機構(KEK)には、PF (2.5GeV)およびとPF-AR (6.5 GeV)の2つの放射光リングがあり、45を超える実験
ステーションは基本的に民間企業ユーザーにも開放されている。

筑波山

KEKは大学共同利用機関であり、放射光施設(PF)の主たる利用者は大学・国研等の研究者・大学院生である一方で、 運転開始初期から様々な利用制度を設けて産業界の利用を進めてきている。現状では、(1) 「共同研究」制度、(2) 一般施設利用(有償・成果専有)、(3)
優先施設利用、(4) 共同利用制度、での利用が可能で、民間企業研究者の様々な利用形態に対応している。

電子・陽電子衝突型加速器：SKEKB加速器（直径：約１km、電子8GeV、陽電子3.5GeV）

PFｰAR（直径約120m、
電子6.5GeV）

放射光科学研究施設

PF（直径約60m、電子2.5GeV）

Linac (電子・陽電子線形加速器)（全長：約400m、電子8GeV、陽電子3.5GeV）

低速陽電子施設

フォトンファクトリーの産業/民間企業向け利用制度
フォトンファクトリーの産業利用制度（2018年12月現在）

制度

利用料

課題有効期間

募集頻度

成果の取扱

一般施設利用

有償

―

随時

非公開可

試行施設利用

有償※1

随時

非公開可

共同研究

有償

半年～複数年

随時

原則公開

共同研究契約に基づく

共同利用

無償

2年（基本）

2回/年

公開

応募資格に制限有り※2

公開

応募資格に制限有り※3
標準性能BL: 12,600円／時
高性能BL: 25,200円／時

優先施設利用

―

有償

年度内

随時

備考：ビームライン
通常ライン: 27,300円／時
高性能ライン: 53,550円／時
通常ライン: 12,600円／時
高性能ライン: 25,200円／時

PFでは、成果の取扱い(公開の有無)や研究へのビー
ムラインスタッフの関わり方によって、いくつかの利用制度を設けて、産業界の放射光実験に柔軟に対応しています。
※1：試行利用制度(試行施設利用)

初めてPFで実験を行なう際に、利用料を低減する制度。利用料金は、一般施設利用の半額相当額。
※2：民間企業も科研費の申請資格があれば、学術目的の実験課題で申請可能。
※3：国又は国が所管する機関のプロジェクトで採択された研究課題が対象(科研費を含む)。

*赤枠内が、民間企業の利用で中心となる利用制度

PFの産業利用促進

産業利用動向 各利用制度の総計で年間約40社(課題)の利用。のべ6000時間/年程
度のビームタイム。
 創薬(タンパク結晶構造解析：PX)、X線吸収分光(XAFS)、イメージン
グ、X線小角散乱、X線構造回折、STXM、光電子分光等のビームライン
を中心に活用。
 創薬分野では業界と連携した測定の高速化・自動化の装置開発を実施。
産業利用の実験課題数の推移

産業利用の実験時間の推移
10000

90
80

8000

70

TU

60

共同利用

50
共同研究

40
30
20

施設利用

利用時間 /h

課題数

 試行利用制度(試行施設利用)
放射光利用の最初のハードルを下げることを目的としています。初めてPFを利用する
ユーザー・既存のユーザーで新たな手法を利用するユーザーが対象です。既に数社が利用しており、試行利用後に、一般施設利用への移行実績があります。

TU
共同利用

6000

共同研究

4000
2000

10

施設利用

0
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

年度
半導体
4%

ヘルスケア/ライフサイエンス

無機/構造材料

手法研究
22%

創薬(PX)
38%

機能性材
料
2%

触媒
5%

電池
6%

0
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

 研究支援制度
実験・測定解析補助・指導及びコンサル
ティング等の支援を有償で行う制度。2016年度に新設され、2017年度から実稼働しています。創薬(タンパク結晶構造解析：PX)・
XAFSを中心に利用実績あり。

年度

トライアルユース(TU)制度(文科省先端研究基盤共用・プラッ
トフォーム形成事業)終了後は、初めて放射光・手法を利用する
ユーザーのための無償利用制度が無いため、TU分は減少している。
利用分野は、他の施設の産業利

産業利用の利用分野（2017年度実績）用の傾向と同様。
(利用時間ベース)− 26 −

 産業利用促進運転日(2018-I運転期に試行)
施設利用料収入を活用してPFの運転時間を追加延長する試み。
2018年7月に制度立上げのための実証実験を行ない、同制度の実効性や整備に必要な情報を得まし
た。

P -8

フォトンファクトリー(PF)光ビームプラットフォームシンポジウム 2019 （2019/03/01）

フォトンファクトリーのマルチスケールＸ線顕微分光と共用事例
武市泰男, ○木村正雄
高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 放射光科学研究施設

Ｘ線顕微鏡は、Ｘ線をプローブとする顕微鏡である。分解能の高い顕微鏡としては、TEM, SEM などの電子線を用いた電子顕微鏡が広く用いられているが、Ｘ線は電子線に比べて透過力が高いため、薄片試料を作成することなく非破壊で試料の内部を観測できる。また、試料周りの環境の自由度が高く、電場・磁場などを印加したデバイスの実動作条件での測定、生物を生理的条件を保ったまま測定など、応用範囲が非常に広いポテンシャルを持っている技術である。
従来のX 線吸収だけを利用したＸ線顕微鏡では、得られる情報は試料の組織のみの情報に限られていた。放射光の最大の特徴であるエネルギーの可変性を活かすことにより、組織に加えて化学状態を同視野で二次元, 三次元(2D/3D) 観察することが可能になる。これがX 線吸収分光顕微鏡であり、我々はnm～mm の広いマルチスケールで観察が可能な複数の顕微鏡の整備と様々な材料展開に取り組んでいる。

化学状態を識別する

放射光Ｘ線顕微鏡

エネルギー可変性を活かした顕微分光測定により，複数の元素の化学状態を，非破壊・実環境中で測定
電池，触媒，構造材料，生物試料などの，空間および時間の階層構造や不均一性（Heterogeneity)を観測
AR-NW2A: XAFS-CT
X線吸収分光顕微鏡

３次元イメージングが可能
数10μmの視野で分解能50nm
位相コントラスト法により界面を強調した像が得られる機械適応力印加下測定可能

BL-13A → 19A: c-STXM
走査型透過X線顕微鏡

BL-15A1: XAS/XF/XRD mapping
化学状態/結晶構造同視野測定

30nm以下の高い分解能
軽元素を含む元素の2Dマッピングが可能
複数元素の化学状態が同視野で計測可能照射部（〜20μm）の
元素の種類と濃度の定量分析
化学状態
結晶構造 が同時に観測可能

STXM, XAFS-CT

Semi-μXAFS

XAFS, XRD

nm

μm

mm

TEM

X-CT

SEM

化学状態を識別して材料・生命の不均一性を観る
東京大学との共同研究

新日鐵住金株式会社との共同研究

走査透過型X線顕微鏡(STXM)ベースのCおよびFe X線吸収分光（XANES）分析を用いて、黄鉄鉱のバイオリーチングにおける接触浸出プロセスの基礎となる機構を調べた。
CとFeのXANESの結果を組み合わせることにより、細胞 - 黄鉄鉱界面の界面に、Fe(III)に加えてFe(II) が大量に検出。黄鉄鉱酸化から生じる
Fe(III)が細胞 - 黄鉄鉱界面で黄鉄鉱の酸化剤として機能し得ることを示している。

製鉄プロセスにおける、高炉中での焼結鉱の還元過程を、還元反応の進行状態が異なる焼結鉱を2次元-XANES観察により調べた。
不均一に振興する還元反応の、”トリガーサ
イト”を明らかにした。

硫黄酸化細菌が付着した黄鉄鉱の表面

焼結鉱の還元過程における組織と化学状態の変化

主要元素が炭素である
タンパク質
脂質
多糖類
を識別可能

複数元素の定量分析
鉄の化学状態→同視野で観測できる

S. Mitsunobu, et al., Microbes Environ. 31, 63 (2016).

M. Kimura, et al., Sci. Rep. 8, 3553 (2018).

− 27 −

佐賀県地域産業支援センター 九州シンクロトロン光研究センター
http://www.saga-ls.jp
ご利用相談窓口: riyou@saga-ls.jp
高輝度光科学研究センター（JASRI） SPring-8
http://www.spring8.or.jp
ご利用相談窓口: support@spring8.or.jp
兵庫県立大学 NewSUBARU放射光研究施設
http://www.lasti.u-hyogo.ac.jp
ご利用相談窓口: kyoyo@lasti.u-hyogo.ac.jp
大阪大学 レーザー科学研究所
http://www.ile.osaka-u.ac.jp/ja/
ご利用相談窓口: ipartner@ile.osaka-u.ac.jp
立命館大学 SRセンター
http://www.ritsumei.ac.jp/acd/re/src/
ご利用相談窓口: sr1@sr.ritsumei.ac.jp
科学技術交流財団 あいちシンクロトロン光センター
http://www.astf-kha.jp/synchrotron/
ご利用相談窓口: aichisr@astf.or.jp
東京理科大学 赤外自由電子レーザー研究センター
http://www.rs.noda.tus.ac.jp/fel-tus/
ご利用相談窓口: liaison@rs.noda.ac.jp
高エネルギー加速器研究機構（KEK） フォトンファクトリー
https://www2.kek.jp/imss/pf/
ご利用相談窓口: pfexconsult@pfiqst.kek.jp