Proceedings of the 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (August 4-6, 2010, Himeji, Japan)

Advanced applications established by MIRRORCLE type tabletop synchrotron
light sources
H. Yamada1,2、T. Hanashima2、D. Hasegawa2、T. Yamada2, M. Yamada2, Y. Yano1、M. Mizuta1
1)
Ritsumeikan University
1-1-1 Nojihigashi, Kusatsu City, Shiga 525-0758
2)
Photon Production Laboratory Ltd.
4-2-1-808 Takagaicho Minami, Omihachiman, Shiga 523-0898

Abstract
MIRRORCLE‑CV4 及び CV1 が完成して様々な利用に供されているが、 みらくる でしか行うことの出来ない特徴的な利用がクローズアップされている。例えば、マイクロＣＴ、分散型 XAFS、微小角散乱実験、大型構造物の非破壊検査である。電子蓄積リングを戸外に持ち出し、実際の橋梁検査を行うことができた。
電子蓄積リングを戸外に持ち出した世界で初めての例である。
しなければならないから、結局時間がかかる。
30keV 以上の吸収端を見ることが出来るのが特長でみらくる はさらに進化を続けている。電子エ ある。
小角散乱では、ブロックコリメータを用いて、幅
ネルギー4MeV と 1MeV の みらくる が完成した。
60μmのＸ線を取り出すことができる。大型放射光4MeV 装 置 を 、 MIRRORCLE‑CV4 、 1MeV 装 置 をでは、概ね
100um のビームを切り出して小角散乱を
MIRRORCLE‑CV1 と呼んでいる。CV4 の 100keV 領域に於けるＸ線フラックスは、6MeV 装置より５倍強く、 行っているが みらくる の光源点は、数 μm のCV1 の 10keV 領域での強度は CV4 の 10 倍という結 オーダーであるから、我々が行うのは微小角散乱と果が出ている。CV4 及び CV1 がＸ線利用の実用マシ 言って良い。XAFS 及び微小角散乱は、CV1 を用いてンであり、CV4 は構造物の非破壊検査に優れ、CV1 行うよう、現在準備を進めている。
は高度分析利用に優れている。CV1 の運転には、放射線主任者を必要としないのも大きな利点である。 2. MIRRORCLE‑CV シリーズ
CV シリーズは、軌道半径が 6X の半分の 8cm であ遮蔽も容易である。
る。リングは矩形であり、その一辺は35cm である。
みらくる の利用で、第１に注目されるのがマ
永久磁石を使用して軽量化を図っているので、入射イクロ CT である。マイクロフォーカスＸ線管による CT が産業界では広く使われていて、1〜10um の 器のマイクロトロンを含めて総重量は、1t 以下に
焦点サイズをだしている。しかしながら、金属ケー 収めることができた。図１は完成した、MIRRORCLE‑
CV4 である。
スに入った LSI や Li イオン電池の帯状電極の内部構造は透過力が不足して見ることが出来ない。
みらくる では、微小球状ターゲットに 6umφの金属を使用して、実効的に 3um の解像度を出して１８５ｃｍいる。1um ワイヤターゲットでファンビーム CT を行うと、サブミクロンの解像度を出すことができる。
検出器の解像度が 10 ミクロンでも、20 倍拡大で、
0.5um を達成できる。 みらくる のＸ線スペクト
ルは、MeV 領域まで発生するので、上記のアプリ
ケーションには適切である。
CV4 を用いた非破壊検査にはユーザーから多くのリクエストが来ている。橋桁の検査も一例である。
60cm コンクリートに埋め込まれた、シース管の内
図１ MIRRORCLE‑CV4
部を詳細に見ることができる。
次 に 希 望 が 多 い の が 、 XAFS である。 みらく
Ｘ線強度について述べると、電子エネルギーが低る で行う XAFS は、分散型 XAFS であり、数 10keV いので 1/γルールに従って、Ｘ線の発散角が大きの領域で 500eV のバンド幅を一度に測定できる。湾 くなるため、光子密度が下がると考えて良いが、電曲結晶を用いて、一つのスペクトルを 30 分ほどで 子 エ ネ ル ギ ー が 低 い 分 マ イ ク ロ ト ロ ン の デ ュ ー
とることができる。大型放射光では波長をスキャン ティーを上げることができる。

はじめに

９０ｃｍ

1.

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Proceedings of the 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (August 4-6, 2010, Himeji, Japan)

グが進み、Q 値が上がり、大パワーを投入できれば、さらに電流値を上げられると考えている。この電流値はライナックのそれと比較して著しく高い。我々は、Kapitza 型のマイクロトロンに収束要素を導入
して加速効率を飛躍的に高めた。
ターゲットを挿入して発生したＸ線強度を規格化された DOSE モニター（イオンチェンバー）を用いて計測した値を表１に示す。実測値に基づいて、10kHz 運転をしたときの値を示している。

CV1 は、現在パルス幅 100ns、繰り返し 1kHz で運転しているが、㈱光子発生技術研究所によるコマー
シャルプロダクトは 10kHz となる。CV4 は、現在、500Hz であるが、10kHz にする予定である。
さらに最近マイクロトロン入射器の効率を著しく高めることができた。4MeV マイクロトロンでは、
最大電流値 260mA を出している。1MeV マイクロト
ロ ン の 電 流 値 は 、 300mA で あ る が 、 理 論 的 に は500mA 出すことができる。キャビティーのエージン
表１

Ｘ線強度

beam current,
Dose rate[mGy/min @1mdistqance]Model#31013Xraytargettype
repetition,
Model #23342
Model #31013
timing window
soft xray ( 8 - 30 keV hard xray ( < 150 keV) hard xray (∼1.3 MeV)
300mA,
CV1
6100
3200
18
Cu 30um foil
10kHz, 100ns
200mA,
CV4
344
979
1088
W 30um ball
10kHz, 100ns,
120mA,6X
10
24
W 30um ball
400Hz,
Be 100um thick
120mA,
20SX
11
sheet
500Hz,

model

この表から分かるように、CV1 及び CV4 のＸ線強度は 6X や 20SX と比較して著しく向上している。
特に低エネルギーＸ線成分が増加している。逆説的に述べるならば、高エネルギー電子を用いた場
合の低エネルギーＸ線強度が、理論で予測されたよりもかなり低かったことが問題と思われる。理由として、制動放射に於けるスクリーニング効果を上げることができる。高エネルギー電子ビームのスクリーニング効果は、実験的には必ずしも良く解明されていない。高エネルギー電子では、低エネルギー制動放射がかなり抑制されているようであり、物理の問題として興味深い。
この結果をもって、我々は、 みらくる プロ
ジェクトにおいて、やっと初期の目標を達成することができた。 みらくる のＸ線強度は、実用段階に到達した。CV4 は、高エネルギーのＸ線強度から分かるように、重構造物の非破壊検査に優れており、自動車エンジンの内部を、10um の精度で非破壊検査ができ、CT で断層を見ることができる。
CV1 の低エネルギーＸ線強度は、分散型 XAFS で１
つのスペクトルを数分でとることが出来る強度である。

3.

たことと、リコールに対するリスクヘッジが生産技術に不可欠となったことにより、CV4 に対する期待が高まり、 みらくる の利用希望者が増加している。 以下に、幾つかの特徴的な非破壊検査
例を紹介する。

図２ 1.5cm 鋼板に人工的に形成したクラック（左図）を約３倍拡大で透視した（右図）物である。表面に見られる以外のクラックが多数見えている。IP を用いた撮像時間は数分である。電源設
備協会の依頼で行った。

Ｘ線利用

3.1 非破壊検査
1MeV 以上の高輝度Ｘ線で、10um という解像度を出せる装置は、MIRRORCLE‑CV4 以外には無い。その様な中で、安全・安心がキーワードとして登場し

図３

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積層 LSI の 25 倍拡大像。貫通ピアーとそのProceedings of the 7th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (August 4-6, 2010, Himeji, Japan)

周りの電極が見える。（上）は、正面から見たとき、（下）は、35 度横から見たときである。貫通
ピアーの深さ方向構造が見えている。

ることができる。我々の XAFS は分散型であり、早い現象の解明に優れていると思われる。
次に述べるのは、小角散乱実験の準備状況についてである。大型放射光では、ブロックコリメー
タを用いて約 0.1mm のビームを切り出して小角散乱実験や反射率測定を行っている。
これに対して、 みらくる のソースサイズは、
6um を達成していて 60um 幅のビームを形成している。図５は、ビーム形成の様子である。コリメー
タの角度を調整しているところであるが、アライ
メントが不完全なときに W コリメータ表面からの反射光が確認される。角度を変えることにより、反射光の位置が変わり強度も変わる。反射Ｘ線強度はかなりの物である。しばらくして小角散乱実験を行うが、反射Ｘ線を使うのも一つの方法である。Ｘ線エネルギーは約 30keV である。

密着
50mmφ鋼材
6mmφ鉄筋
38mmφ空洞

２倍拡大
図５

鉄管50mmφ（上段）ブロックコリメータを用いて

68mmφ
Alシース管空隙 グラウト充填
２倍拡大
図４ 60cm コンクリート（上段）に埋め込まれたシース管を CV4 で透視。（中段）は密着撮像、（下段）は２倍拡大像である。シース管は、1mm 厚のアルミでできており、中に鋼材とグラウトと呼ばれる充填材が入っている。鋼材がさびるのを保護する目的である。グラウトの充填状態を調べる
ことと鋼材の切断状況を調べることが目的である。
3.2 高度分析利用
XAFS に対する需要が大きいが、しばらく前に
みらくる を用いた XAFS のデモを行っているので本稿では述べない。追加事項として述べること
は必要計測時間についてである。20SX を用いた時は約５時間を必要としたが、CV1 の低エネルギー強度が 100 倍向上したことにより、現在では、約３分で１つのスペクトルをとることができる。光学系をしっかりとデザインすれば、さらに高速にすフ ァ ン ビ ー ム を 切 り 出 し ている様子。コリメー
ションが不完全なとき、表面からの反射光が確認される。（下段）コリメータの角度を変えて、反射光が変化する様子を見ている。30keV までのＸ線が反射されている。
以上、みらくる型放射光の現状を簡単に紹介したが、 みらくる が、CV1 及び CV4 の完成により、非破壊検査装置及び高度分析装置として完成したことをご理解いただけたと思う。非破壊検査やＣ
Ｔ、XAFS の委託分析を受け付けている。

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