P1-001A ＜原子分子科学＞
PF-BL20A

放射光を用いた新たなスピン偏極電子源の開発
Development of a new type of spin-polarized
electron source employing synchrotron radiation
伊藤 大智、吉村 元気、穂坂 綱一、北島 昌史
東工大理
D. Ito, G. Yoshimura, K. Hosaka, M. Kitajima

Tokyo Tech.
電子-原子・分子衝突において電子スピンは衝突過程において重要な役割を果たすことが知られている。代表的なスピン偏極電子源として、GaAs 半導体に円偏光レーザーを照射して得られるもの[1]があるが、空気により酸化されやすく耐久性が低いことに起因して、気体を標的として行なう電子-原子・分子衝突実験では種々の困難が伴うのが現状である。
ところで、円偏光による貴ガスの光イオン化で生成される光電子は、Fano
効果によりスピン偏極することが知られている[2]。当研究室では、貴ガス原子を放射光により光イオン化して得られる光電子を、浸出し電場で捕集し電子ビームとする手法を開発している[3]。この手法では、低エネルギーかつ、極めてエネルギー分解能の高い電子ビーム生成を、気体標的存在下で達成している。そこで、この電子源と円偏光放射光を組み合わせた、新たなスピン偏極電子源を考案し、スピン偏極電子源として有効かを検証した。
光イオン化させる貴ガスとして Ar を用いると、その第一イオン化ポテンシャ
ル近傍では放射光の波長によって次の 2 つの過程が起こる。
Ar(1 S0 ) + h𝜈 → Ar + (2 P3/2 ) + e−
(1)
1
′
+ 2
−
Ar( S0 ) + hν → Ar ( P1/2 ) + e(2)
ここで、入射光に円偏光を用いると、過程(1)と(2)で逆にスピン偏極した電子が生成する。本研究では直線偏光光源である KEK-PF BL20A の光学系を調整して得られる楕円偏光の放射光を利用し、透過減衰法による Xe の電子衝突断面積の測定により、スピン偏極電子が生成するかを検証した。
電子-原子衝突において、散乱角度分布を測定するとスピン偏極の効果が顕著に表れることが知られている。そこで、散乱角 10 度より大きな角度での散乱のみに由来する「部分的な角度積分断面積」の測定を試みた。その結果、測定により得られた断面積と、理論計算による断面積は誤差の範囲内で一致し、エネルギー依存性も似た傾向を示した。このことから、本研究による手法
でスピン偏極電子線が生成されていると考えられる。
[1] D. T. Pierce and F. Meier, 1976, Phys. Rev. B, 13, 5484
[2] U. Heinzmann et. al., 1980, J. Phys. B: At. Mol. Phys., 13, L153
[3] M. Kurokawa et. al., 2010, Phys. Rev. A, 82, 062707

P1-002A ＜原子分子科学＞
PF-BL20A, 28B

もつれ H(2p)原子ペアの光解離による生成- Lyman-α 光子ペアの角度相関測定による検証Entangled H(2p) atom-pairs following
photodissociation substantiated with a pair of
Lyman-α photons
鳥塚祐太郎 1, 穂坂綱一 1, Philipp Schmidt2 , 小田切丈 3, Andre Knie2,
Arno Ehresmann2, 向後陵子 1, 北島昌史 1, 河内宣之 1
1 東工大, 2 カッセル大, 3 上智大
もつれ(エンタングルメント)は、部分系の積で複合系の波動関数を表現できない状態であり、複合系の量子力学の不思議さの根源である。本研究室のMiyagi らは、水素分子の光解離において、前駆分子の対称性(1Πu)を反映した、
もつれ原子ペア生成を予測した[1]。この予測を検証するため、我々は約 100
μm 離れた 2 個の H(2p)原子から放出される Lyman-α 光子 2 個の放出角度相関を測定した。光子の放出方向分布が励起原子の磁気量子数を反映することを利用し、原子ペアの状態を調べた。
H(2p)原子ペア由来の光子ペアを、方向(𝒓̂𝑐 , 𝒓̂𝑑 )に設置した 2 つの光子検出器 c, d で同時計数し、角度相関関数を得た。方向(𝒓̂𝑐 , 𝒓̂𝑑 )についての網羅的な測定は現実的でないので、角度相関関数の関数形から、全角度領域にわたる角度相関関数の決定に必要な配置を検討し、効率良く測定した。
このように決定した角度相関関数から、H(2p)原子ペアの状態は、予測[1]に反し、前駆分子の持つ 1Πu 対称性を保持したもつれ状態ではない事が分かった。そこで、水素分子の対称性を再検討し、複数の電子状態が縮退する核間距離が大きい領域では、水素分子の解離過程では通常無視するスピン軌道
相互作用を無視できないことを見出した。スピン軌道相互作用を考慮しても、前駆分子の持つ全角運動量の射影|𝐽𝑧 |は保存する。水素分子のポテンシャル
エネルギー曲線[2]により導かれた|𝐽𝑧 | = 1のもつれ原子ペアは、実験結果を再現した。すなわち、分子の持つ|𝐽𝑧 | = 1対称性に起因した、もつれ原子ペア生成が実証された[3]。
[1] H. Miyagi et al., J. Phys. B 40, 617 (2007).
[2] Y. V. Vanne et al., Phys. Rev. A 73, 062706 (2006).
[3] Y. Torizuka et al., Phys. Rev. A 99, 063426 (2019).

P1-003A ＜原子分子科学＞
PF‐BL20A

真空紫外領域における溶融石英の反射率測定
Reflectivity measurement of fused silica in vacuum
ultraviolet region
板倉 隆二 1、穂坂 綱一 2、足立 純一 3
1 量研関西研、2 東工大理学院、3 KEK 物構研 PF
近赤外波長領域のフェムト秒レーザーを固体表面に集光照射することによって、アブレーション閾値を越えた高密度電子励起状態（以後、プラズマミラーと呼ぶ）を生成し、紫外から真空紫外の極短パルスの反射を用いてその状態をプローブする研究を進めている。これまでに、チタンサファイアレーザーの高次高調波によって得られた真空紫外領域の波長（132, 160 nm）をもつ真空紫外パルスをプローブ光として時間分解プラズマミラー反射スペクトルを測定した。この時間分解スペクトルに対して、Least-squares generalized projections
algorithm と呼ばれる再構築解析法を施すことによって、真空紫外パルスの位相も含めたパルス波形を求められることを実証してきた [1-3]。この解析手法
では、励起前の基板のフレネル反射からプラズマミラー生成により反射率が増大する様子も求めることができ、高密度励起の実時間計測法として有望である[3]。
試料基板として用いてきた溶融石英は、欠陥や不純物によって励起子構造が大きく変わることから、真空紫外波長領域において反射率曲線が製造条件
等によって異なることが知られている。励起電子密度の時間変化など定量的な議論を行い、高密度電子励起ダイナミクスの理解を深めるためには、実際にプラズマミラー実験で使用した石英基板の反射率の絶対値を知ることが必要である。そこで、放射光を利用して、レーザーによるプラズマミラー実験に使用した製品と同じ溶融石英基板の絶対反射率測定を試みた。使用した PF
BL-20A の放射光は直線偏光度が 0.8 程度であるため、本研究では、放射光の入射方向を回転軸として石英基板を回転させ、偏光の主軸と石英表面の相対角を変えた測定を行い、S 偏光 (Rs)、P 偏光 (Rp) の反射率の分離を試みた。実験結果と解析の詳細をポスターにて発表する。

P2-001A ＜原子分子科学＞
PF／BL-16A

高振動励起 N2 分子の Auger 過程
Auger decays from highly vibrationallyexcited N2 molecule
金安達夫 1，小田切丈 2，谷口卓郎 2，田中宏和 3，足立純一 3，彦坂泰正 4
1
SAGA-LS，2 上智大理工，3KEK-PF, 4 富山大N2 分子の内殻イオン化では，特定の光子エネルギー領域において二電子励起状態への遷移と直接イオン化が競合することが知られている．二電子励起状態からの自動イオン化で生成される内殻イオン化状態では，直接イオン化に比べると非常に高い振動準位(v>10)まで分布が広がる．この高振動励起状
態は，通常の Auger 過程で支配的な低振動状態とは振動波動関数の空間分
布が大きく異なる．そのため高振動励起分子の Auger 過程には，終状態分布
や多電子放出の経路などに特徴的な振る舞いが見いだされると予想される．
我々は二電子励起を利用して高振動励起 N2 分子の Auger 過程を観測することを試みた．実験手法は磁気ボトル型電子エネルギー分析器を用いた多電子同時計測である．実験は PF の BL-2 で行った．運転モードはハイブリッドモードである．パルスセレクターで切り出した孤立バンチ由来の光(繰り返し～
146 kHz)をイオン化光に用いた．
図に光電子と Auger 電子の運動エネルギー相関を示す．直接イオン化が支配的な場合(h=435 eV)に比べ，二電子励起が寄与するエネルギー領域(h=416 eV)では，振動励起によって光電子スペクトルが低エネルギー側まで拡がる．光電子の運動エネルギーで振動準位を選別し，高振動励起 N2 分子のAuger 過程を探ったところ，振動準位に依存して特定の終状態が強調される様子やスペクトル形状が変化する様子が観測された．また分子解離を伴う過程や複数の Auger 電子を放出する過程にも振動準位に依存する傾向が見いだされた．

図：N2分子の光電子・Auger電子エネルギー相関図．

P2-002A ＜原子分子科学＞
PF-BL20A

ピリジンからのフラグメント負イオン生成
Formation of fragment negative ion from Pyridine
小田切丈１，岩崎千里１，泉田未来１，谷口卓郎１，鈴木功１,２
１
上智大学 理工学部，２KEK-PF
タイタンの上層大気中には従来考えられていたより多くの負イオンが存在することが近年明らかになった[1]．しかしながら，大気化学モデルを構築するための負イオンの生成・消失に対する知見は十分とは言えない．本研究では，
真空紫外光吸収に伴いピリジン（C5H5N）からフラグメント負イオンが生成する過程のダイナミックスを，イオンの収量スペクトル測定により調べた．ピリジン
は最も簡単な複素環式化合物の一つであるが，複素環式化合物は星間塵表面においては生体関連分子の前駆体として着目されている．イオンは飛行時間（TOF）質量分析計により質量分析したうえで検出した．光電子を取り除くため，ビーム交差領域には永久磁石による磁場を飛行管の軸と垂直方向にかけてある．
励起光エネルギー範囲 6～25eV の測定により，H－，および，CN－の生成が確認された．これらのフラグメント負イオン生成の断面積カーブは，それぞれ，
18.5 eV 付近，23 eV 付近を中心としたブロードなピークをもち，これらが分子
超励起状態への共鳴光吸収に伴うイオン対解離過程により生成することが明らかになった．ピリジンから他のフラグメント（CN*(B 2Σ+)[2]，H(n=5，6)[3]）を生成する収量スペクトルとの比較から，CN－の生成過程は HCN 生成を経る段階的なものより，水素原子の移動を含む直接的なものと推測される．

参考文献[1] V. Vuitton et al., Planet. Space Sci. 57 (2009) 1558–1572[2] T. J. Wasowicz et al., J. Phys. B 47 (2014) 055103[3] T. J. Wasowicz et al., J. Phys. B 50 (2017) 015101

P2-003A ＜原子分子科学＞
Photon Factory / BL-20A

変角振動励起 CO2 分子の真空紫外光電子スペクトルの入射光波長依存性
Incident wavelength dependence of VUV photoelectron
spectra for vibrationally-excited CO2 molecules
星野正光 1、要藤明洋 1、菱山直樹 1、小田切丈 1、足立純一 2
1
上智大理工、2KEK 物構研 PF
金星大気は，その成分の約96.5%が二酸化炭素(CO2)分子であり，表面温度は約730 Kであることが知られている。このような高温環境下におけるCO2分
子と太陽から放射される紫外線との相互作用の詳細を理解するためには，加熱により振動励起したCO2分子を実験的に生成する必要がある。そこで当研究室では，分子加熱用ガスセルを開発し，これまで温度約600 Kまで加熱する
ことで始状態が振動基底状態だけでなく，変角振動励起，および対称伸縮振動励起したCO2分子を含む気体標的の光電子分光実験を行ってきた。今回，ドップラーフリーの条件下で加熱による振動励起分子を生成し，より高分解能な光電子スペクトルを測定するため，これまで使用してきた分子加熱用ガスセルから新たに設計・製作された分子線加熱ノズルに置換した。振動励起CO2分子生成のための加熱試験による動作確認と，加熱により生成された振動励
起CO2分子を含む標的の高分解能光電子スペクトルの測定を行った。
実験は，フォトンファクトリーBL20Aで入射光エネルギー17 – 40 eVで行われ，光電子スペクトル測定には，高分解能光電子分光装置SCIENTA R4000を用いた。分子加熱には，ステンレス製のガスノズル（穴径0.5 mm）の周囲にシース線ヒーターを密に巻きつけ電流を流す抵抗加熱法を用い，ガスノズル内には石綿を導入して気体分子が衝突により十分熱平衡状態となるよう工夫した。また，ノズルの先端に熱電対を設置することで，その温度は常時計測され，それを標的温度とした。室温，約500 K, および約700 Kにおける振動励起したCO2分子を含む標的の光電子スペクトルの温度依存性，及びイオン基底状態
𝑋" &Π% に対する入射光波長依存性も今回測定したので報告する。

P1-004B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF-S1La2-xSrxCuO4 ナノ粒子における Cu スピンゆらぎの可能性
A Possible Cu Spin Fluctuations in La2-xSrxCuO4
Nanoparticles
Suci Winarsih1,2,3、Faisal Budiman4,5、Hirofumi Tanaka4、Tadashi Adachi6、Takayuki Goto6、Akihiro Koda7、Bambang Soegijono2、Budhy Kurniawan2、and Isao Watanabe1,2,3
１ RIKEN Nishina Center、２ Universitas Indonesia、3 Hokkaido University、
4 Kyushu Institute of Technology、5 Telkom University、6 Sophia University、
7 High Energy Accelerator Research Organization (KEK)The observation of weak magnetism was recently reported in
antiferromagnetic nanoparticles such as CuO and La2CuO4, and insuperconducting (SC) nanoparticles such as Sn and high-Tc superconductor
YBa2Cu3O7-δ. Yin et al. also reported the possibility of weak magnetism inhigh-Tc La2-xSrxCuO4 (LSCO) when the particle size was reduced down to 113
nm. A large surface-to-volume ratio and a surface defect that happen in
nanoparticles were proposed to explain these phenomena. In order to clarify
the correlation between the weak magnetism and superconductivity, we areinvestigating particle size effects in LSCO with much smaller particle size thanthat reported by Yin et al. LSCO nanoparticle samples were synthesized by
the sol-gel method. Particle sizes of samples were evaluated by transmission
electron microscope (TEM) and by applying the Scherrer equation to the X-ray
diffraction (XRD) patterns. From magnetization measurements, the SC state
started to appear below 27 K with the less volume fraction in the amount of
0.036%. The small value of the SC volume fraction might be due to the particle
size of our sample smaller than the London penetration depth of LSCO. There
was an upturn in the temperature dependence of the magnetic susceptibility
below 10 K. ZF-µSR results show that muon-spin precession was missing,indicating the absence of any long-range ordered states. ZF-µSR time spectra
were gradually diverted from the Gaussian behavior to the exponential one bylowering the temperature. The muon-spin relaxation rate started to increase
below 10 K. These results indicate a possibility of the development of the
Cu-spin fluctuations at low temperatures which is not observed in the bulk
case. The results suggest that the reduction of particle size causes the
suppression of the SC state and the appearance of the Cu-spin fluctuations
even below Tc.

P1-005B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF-S1

ホールドープされた (Eu1-xCax)2Ir2O7 における磁気秩序とスピンダイナミクスの SR を用いた研究
SR Study of Magnetic Order and Spin Dynamics inHole-Doped (Eu1-xCax)2Ir2O7
Utami Widyaiswari1,2,3, Julia Angel1,2, Hironori Nomura4, Tomoya Taniguchi4,
松平和之 4, 幸田章宏 5, Budhy Kurniawan3, 渡邊功雄 1,2,3
1 理研仁科センター, 2 北海道大学, 3 Universitas Indonesia,
4 九州工業大学, 5 高エ研-物構研
Pyrochlore iridates, R2Ir2O7 (R = 4f rare earth elements), exhibit some exotic
electronic states, such as the metal-insulator transition (MIT) accompanying
with a magnetic ordered state, due to the strong spin-orbit coupling (SOC) of
its 5d5 electrons. We investigated changes in the magnetic ground state of thehole doped systems for R = Eu. We measured the zero-field (ZF) muon spin
relaxation (µSR) for various concentrations of doped holes. We used a pulsed
muon beam on the Artemis spectrometer of MLF-S1 Line at J-PARC. Time
spectra were measured within the temperature range from 3 to 200 K. Time
spectra did not show any coherent muon-spin oscillations. Instead, we
observed the decreases in the initial asymmetry with decreasing temperatures.
This decrease is the typical behavior of the pulsed muon when magnetic
orderings occurred. The initial asymmetry for the non-doped sample
decreased below the MIT temperature, TMI = 120 K. This transition
temperature seems to shift to the lower temperature and become broader withincreasing the hole doping. The temperature dependence of the muon-spin
relaxation rate,  showed no critical slowing down behavior at TMI. But 
exhibited a peak around 75 K and remained at the lower temperatures. By
increasing the doped-hole concentration, we confirmed that the magnetic
ordered state was suppressed and seemed to disappear for more than the 10%
hole doping. We also carried out longitudinal-field (LF) SR measurements inorder to achieve information of static and dynamics properties of the internal
field at the muon site. We applied the Redfield function to the field dependenceof  to estimate the fluctuation frequency and amplitude of the internal field
for the non-doped sample.

P1-006B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
PF-BL4C,8A

La3(Co1-xFex)4Sn13 の低温カイラル構造相における短距離秩序
Short range correlation of low-temperature chirallattice structure in superconductor La3(Co1-xFex)4Sn13
塩澤真未１, 岩佐和晃２, 中里晟也１, 橋本大輔１, 桑原慶太郎１,
石角元志３, 中尾裕則４, 佐賀山基４
1 茨城大院理工, 2 茨城大学フロンティアセンター,
3 CROSS, 4 KEK 物構研

La3T4Sn13 (T = 遷移金属元素) の多くは超伝導体であり、La3Co4Sn13 の転移温度は 2.85 K であると報告された[1]。さらに 160 K において、高温側の空間群 Pm-3n から低温側の I213 のカイラル対称性をもつ結晶構造へ相転移することも見出され[2]、カイラル構造での超伝導という特徴を示す。本研究では、
カイラル構造相転移を抑制することで創りだされうる量子臨界現象に注目し、Co を Fe で元素置換した試料での構造相転移や超伝導の振る舞いを調べた。
Sn フラックス法によって、異なる仕込み置換量 x = 0, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 のLa3(Co1-xFex)4Sn13 を合成した。実際の元素置換量を蛍光 X 線分析で調べた結果、上記の仕込み値によらず Fe は約 8％程度しか置換しないことがわかった。
高エネルギー加速器研究機構(KEK)・フォトンファクトリーの BL-4C などでの放射光 X 線回折実験の結果、元素置換試料の構造相転移温度は約 120 K であり、x = 0 の系と比べて 40 K ほど低下した。さらに、図に示したように置換系の構造相転移を特徴づける低温での超格子反射ピーク(2.5, 2.5, 0)［図中の○など］の幅が基本反射(2, 2, 0)［図中の◇］よりも大きく、カイラル構造の相関長は短距離であると言える。一方、SQUID による磁化測定の結果、超伝導転移温
度は置換量にほとんど依存しない
ことがわかった。Fe 置換でカイラル構造相を完全には抑制できないものの構造相転移温度が低下する。
しかし超伝導相はそれに影響されずに強固であると考えられる。
[1] E. L. Thomas et al., J. Solid
State Chem. 179, 1642 (2006).
[2] Y. Otomo et al., Phys. Rev. B 94,
075109 (2016).

P1-007B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF／D1 ライン

ブリージングパイロクロア格子系 Ba3Yb2Zn5O11 のミュオンスピン緩和実験
Muon spin relaxation on Breathing Pyrochlore
Lattice Ba3Yb2Zn5O11
東大物性研、高エ研 A、東大新領域 B
菊地 帆高、浅井 晋一郎、幸田 章宏 A、木村 健太 B、益田 隆嗣
フラストレーション系において、隣接する正四面体が交替的なブリージング
パイロクロア格子は実験理論両面から注目を集めている。希土類化合物
Ba3Yb2Zn5O11 [1]は、Yb3+(4f 13, J = 7/2)イオンに有効スピン S = 1/2 が局在す
る歪みのないブリージングパイロクロア反強磁性体として報告された[1]。中性子非弾性散乱研究から本物質が S = 1/2 正四面体クラスタモデル物質であること、大きな DM 相互作用を有することが明らかとなった[2]。さらに最新の報
告では、回折実験では検出困難な微小な四面体歪みによる基底二重項の分裂と、微小な四面体間相互作用の存在による励起線幅の広がりが確認された[3]。DM 相互作用が存在するブリージングパイロクロア反強磁性体では、低温で部分ダイマー秩序やカイラル秩序の存在が理論的に予想されており[4]、
詳細な実験研究が待たれている。
今回我々は、低温磁気相の知見を得るために希釈冷凍機温度におけるBa3Yb2Zn5O11 のミュオンスピン緩和実験を行った。その結果、88 mK においてアシンメトリーの振動は観測されなかった。このことは、極低温において磁気秩序が存在しないことを意味する。アシンメトリーは 2 種類の指数関数の和でよくフィッティングされた。ここから、成分比、緩和時間、内部磁場の磁場・温度依存性の見積もりを行った。詳細は当日議論する。
[1] K. Kimura et al., Phys. Rev. B 90, 060414(R) (2014).
[2] T. Haku et al., Phys. Rev. B 93, 220407(R) (2016).
[3] H. Kikuchi et al., 日本物理学会 2019 年春の年会, 16pF304-4.
[4] H. Tsunetsugu, Phys. Rev. B 65, 024415 (2001), V. N. Kotov et al., Phys.
Rev. B 72, 014421 (2005).

P1-008B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
J-PARC MLF／BL08

対称中心を持たない酸フッ化物
Co3Sb4O6F6 の結晶・磁気構造
Crystal and magnetic structure of
non-centrosymmetric oxyfluoride Co3Sb4O6F6○下野聖矢 1，石橋広記 2，河口彰吾 3，Sanghyun Lee4，萩原雅人 4，鳥居周輝 4，神山崇 4，市橋克哉 5，西原禎文 5,6，井上克也 5，
石井悠衣 7，森茂生 7，久保田佳基 1
1
防衛大材料，2 阪府大院理，3JASRI/SPring-8，4KEK 物構研，
5広大院理，6JST さきがけ，7 阪府大院工
立体化学的に活性な孤立電子対を有する p ブロック元素は，配位多面体に非対称性を生じさせるため，しばしば対称中心を持たない構造を形成し，第二次高周波発生，圧電性，および強誘電性などの物理的性質を示す可能性がある。最近，酸素とフッ素を含む複合アニオン化合物 Co3Sb4O6F6 が水熱合成法によって合成され TN ~ 67 K で反強磁性転移を起こすことが報告された[1]。この物質は， Sb3+が 5s2 の孤立電子対を有していることから，低温下で反強磁性強誘電性を示す BiFeO3 のような歪んだ構造を有する可能性が示唆される。そこで本研究では，中性子（J-PRAC MLF, BL08）を用いた高分解能粉
末回折実験および磁化・誘電率測定を行い，低温の磁気・結晶構造について調べた。
結晶構造解析の結果，室温で立方晶（I4̅ 3m）の結晶構造を有するが，
CoO2F4 八面体に異方的な熱振動が観測された。 TS ~ 180 K において
CoO2F4 八面体の回転を伴う正方晶（c > a）への構造相転移を観測した。なお，
そ の 歪 み の 大 き さ （ 1 ‒ c/a ） は 最 大 で0.3%であった。図 1 に磁気構造解析に
よって得られた反強磁性相の磁気構造を示す。Co の磁気モーメントは c 軸方向を向いた G-type の磁気構造であることが分かった。当日は，リートベルト法による磁気・結晶構造解析を行った結果および Co と Sb の配位構造に着目して構造
相転移の起源について議論する。
図 1. 反強磁性相の磁気構造[1] S. Hu et al., Chem. Mater. 26, 3631 (2014).

P1-009B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF-D1µSR 法で見た反転対称性を破る結晶構造を持つ系における超伝導状態
Superconductivity with noncentrosymmetric crystal
structure probed by muon spin rotation
東工大理 1, 原子力機構先端研 2, 物材機構 3
宮崎一輝 1, 髭本亘 1,2, 網田裕斗 1,2, 伊藤孝 2, 磯部雅朗 3
近年、様々な反転対称性を持たない結晶構造を持つ超伝導体において、非対称なスピン軌道相互作用によりシングレットとトリプレットが混ざった状態など、特異な超伝導状態が実現している可能性が指摘されているが、実験的には明確ではない。特に、イリジウム等の重い元素を含む化合物の結晶構造が反転対称性を破っていた場合、強いスピン軌道相互作用に基づいた特異な超伝導状態が観測される可能性が高まり、様々な研究が進展している[1]。
我々は上記の元素を含み、反転対称性を持たない結晶構造を持つ超伝導体について詳細に理解するため、J-PARC でミュオンスピン回転法(µSR)
を用い、磁場侵入長の温度依存性を測定した。磁場侵入長は超伝導キャリア
密度を反映するため、その温度依存性測定は超伝導ギャップの構造を調べるための有効な手段である。発表では、超伝導ギャップ構造及び超伝導の時間反転対称性について議論する。
[1] M. Isobe, K. Kimoto, M. Arai, and E. Takayama-Muromachi, Phys. Rev. B99,
054514 (2019).

P1-010B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞

μSR 法による僅少電子ドープ Sr2-xLaxIrO4 の磁気秩序状態の研究
μSR study in lightly electron doped Sr2-xLaxIrO4
堀金和正 A、角田了 B、岡部博孝 C、町田一樹 B、堀江理恵 A、
小林夏野 A,B、秋光正子 A、幸田章宏 C、門野良典 C、秋光純 A
岡山大基礎研 A、岡山大自然 B、KEK 物構研 C

Asymmetry

Sr2IrO4 はスピン S=1/2 を持つ反強磁性体であり，強いスピン軌道相互作用と電子相関によりモット絶縁体 TN(=240K)が実現する。La 置換による電子ドープにより磁気秩序状態は抑制されるが、過去の STM による研究により La が x=0.1 付近で不均一に置換され、かつモットギャップ相と擬ギャップ相に相分離することを報告した[1]。近年、我々のグループにおいても同組成においてμSR 実験を実施し、常磁性相に短距離反強磁性
秩序相が存在する Griffiths 相を示唆する結果が得られた[2]。本研究ではLa 置換に伴うモット絶縁体相から Griffiths 相への変遷を明らかにするために、僅少電子ドープ Sr2-xLaxIrO4 (x=0.015, 0.03)に着目し、μSR 実験を実
施した。
0.25
40K
図 1 に x=0.015 における ZF-μSR タイムス
89K
125K
ペクトルの結果を示す。TN=225K 付近から
201K
0.20
225K
磁気秩序相へと転移するが、タイムスペク
243K
302K
トルの解析からミュオンスピンの緩和成分
0.15(Asy3)および回転周波数が 0.7MHz 程度を0.10持つ成分(Asy1)に加え、母物質と同程度の周波数(~3MHz)を持つ成分(Asy2)が観測さ
Sr La IrO (x=0.015)
0.05
れた。この結果は僅少 La 置換領域において
0
1
2
3
4
5
t
(s)
磁気秩序状態に不均一が生じることを示し
0.20
Sr La IrO (x=0.015)ている。また、緩和率は磁気転移点近傍で0.15増大する一方、100K 付近で再度増大する傾向が観測され、頂点酸素サイトの磁気秩序0.10を示唆する結果が得られた。x=0.03 では
Asy2 が抑制され、Asy1 が主として観測される結果が得られた。当日はこれまで行って 0.050
Asy1
Asy2
きた La 置換(x<0.15)における μSR 実験[3]
Asy3
0.0
0
50
100
150
200
250
300
350
と比較することにより Ir モーメントサイズ
Temperature (K)の La 依存性および磁気秩序状態の電子ド
図 1 Sr2-xLaxIrO4 (x=0.015)におープによる変遷を議論する。
2-x

x

4

4

Asymmetry2-xx[1] I Battisti et al., Nat. Phys. 110, 027002 (2013).
[2] K. Horigane et al., Phys. Rev. B 97 064425 (2018).
[3] S. Tsunoda et al., to be published in JPS Conf. Proc.

ける ZF-μSR タイムスペクトルおよび各アシンメトリーの温度依存性

P1-011B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
PF-BL4C、PF-BL8A

カイラル半金属 Ce3Rh4Sn13 の構造相転移と磁性におけるRu 置換効果の研究
Ru-substitution effect on structural transition and magnetism ofchiral semimetal Ce3Rh4Sn13
橋本大輔, 岩佐和晃 A, 中里晟也, 塩澤真未, 桑原慶太郎
石角元志 B, 中尾裕則 C, 佐賀山基 C
茨城大院理工, 茨城大フロンティアセンターA, CROSSB, KEK 物構研 C

空間群 Pm-3n の立方晶系 Ce3Rh4Sn13 は、350 K 以下で波数ベクトル q = （1/2, 1/2,0）で特徴付けられた X 線超格子反射を示し、空間群 I213 のカイラル立方晶系に構
造相転移することや、低温においても磁気秩序を示さないことが最近の研究で証明された[1]。一方、同様の構造相転移は Ce3Ru4Sn13 では観測されず、また磁化率の温度依存性は 4K に極大を持つ反強磁性的振る舞いをすることが分かっている[2]。
今回の研究では、Ce3(Rh1-xRux)4Sn13 の Ru 置換量 x に対する構造相転移温度、磁気的振る舞いの変化を明らかにすることを目的とし、Sn フラックス法を用いて試料合成を行い放射光 X 線回折測定と磁化率測定を行った。
X 線回折測定の結果、Ru 置換量 x の増加に従って構造相転移温度が低下し、相転移の抑制が見られた。特に x=0.48 サンプルでは、下図に示したように最低測定温
度 20K で同様の波数ベクトルを持つブロードなピークが観測された。これは 20K においても長距離の相関をもつ超格子構造がないことを意味しており、かなりソフト化したフォノンによる散漫散乱であると考えられる。このことから、x=0.48 サンプルはカイラ
ル構造相転移の QCP 近傍であると予想される。
磁化率測定の結果、Rh 濃度の高いサンプルは常磁性的振る舞いである 1.9 K までの磁化率の増加が観測され、Ru 濃度の高いサンプルは約 5 K 未満で磁化率の抑制が観測された。この結果は、Ce
イオン間の反強磁性相互作用がRu 置換量 x の増加に従い強くなっていることを示している。
[1] K. Suyama et al., Phys. Rev. B
97, 235138 (2018).
[2] K. Iwasa, R. Karino, K.
Miyakawa, K. Kuwahara, H.
Sagayama, S. OhiraKawamura, T.
Kikuchi,K.
Nakajima,
M.
Ishikado,inpreparation.

P1-012B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF/BL15

極性キラル磁性体 Ni2InSbO6 におけるらせん磁気秩序の電場制御
Electric field control of helimagnetic order in a chiral polar magnet Ni2InSbO6
荒木勇介 1、中島多朗 2,3、 大石一城 4、 阿部伸行 1、 徳永祐介 1、有馬孝尚 1,2
1 東大新領域、2 理研 CEMS、3 東大物性研、4 CROSS

電場による磁気相あるいは磁気ドメインの制御はマルチフェロイックの中心的な研究課題である。Ni2InSbO6 は空間群 R3 に属し、c 軸方向に自発電気分極をもち、かつ掌性を有する磁性体である[1]。この物質は 77 K 以下で c 面内に伝搬する Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用由来のねじ巻型に近いらせん磁気秩序を示す[2]。らせん磁気秩序の発現に伴い、対称性が点群 3 から 1 に落ちるため、c 面
内の任意の方向に磁気秩序由来の電気分極が生じ得る。このことから、c 面内の
外部電場印加によって電気磁気結合を介して磁気伝搬ベクトル q の方向を制御できることが示唆される。しかし、らせん磁性相の低い対称性から、電場印加によってどの方向の q が選択されるかは非自明である。
本研究では、[110]方向に電場を印加した際のらせん磁気秩序の変化を
J-PARC MLF BL15 大観を用いて調べた。電場±25.9 kV/cm を印加しながら磁気転移温度以下の 25 K まで冷却し、(003)周りの中性子磁気衛星散乱を観測した。 その結果、[110]方向の電場印
加により、[110]方向から約 45°ずれた
方向に q が偏る傾向が明らかになった
図. 逆空間における L = 3 plane 上の中性
(図)。さらに、この方向は試料冷却時の電 子散乱強度の変化。正電場印加冷却後の強度から負電場印加冷却後の強度を引い
場の符号反転によって ｃ 面内で 90°変化 て表示している。Qx, Qy の向きはそれぞれ[-110], [110]方向である。
した。この振舞は、電場の印加により、らせん伝搬ベクトル q の方向が制御できたことを示唆している。また、得られた電気分極と伝搬ベクトル q の関係は、微視
的には、ねじ巻型らせん磁気構造がスピン依存 p-d 軌道混成機構により c 面内に有限の電気分極を誘起した結果として説明できる。
[1] S. A. Ivanov et al., Chem. Mater. 25, 935-945 (2013).
[2] Y. Araki et al., arXiv:1912. 02363 (2019).

P1-013B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞

開放系の量子力学に基づく µSR スペクトルの解析
Analysis of µSR spectrum on the basis ofopen quantum dynamics
髙橋秀顕、谷村吉隆
京大理化µSR スペクトルはミュオンスピンの偏極度の時間変化をプロットした緩和関数として表され、ゼロ磁場あるいは初期偏極方向に磁場を印加したものを縦緩和関数と呼ぶ。この縦緩和関数の一般理論として主に、ス
ピン緩和の問題を確率過程論に基づいて解析した久保・鳥谷部理論［1］が知られている。本研究においてはモデルとしてスピン系に３次元の磁場揺動に対応する３自由度のボゾン熱浴がそれぞれ独立に結合している系を考える。ゼロ磁場の場合はもちろん、タンパク質などノイズが分子振動に由来した構造を持つ場合にも適用可能な、散逸系の量子階
層型運動方程式（HEOM）［2］を用いる。ノイズをドルーデ型に選ぶと久保・鳥谷部理論の拡張になっており、温度効果や局所磁場の異方性、時間依存する任意の外場の効果を考慮することも可能となる。本発表においては、縮約密度行列の時間発展を計算することによって、これらの動的性質をドルーデ系について調べた。
揺動の相関時間、熱浴との結合強度などのパラメー
タを変化させスペクトルを数値計算し解析を行った。
3 次元的ノイズに空間的な相関のある場合の結果を図１に示す。発表では温度効
果や時間依存する外場下について計算した µSR スペク
図１：階層方程式を用いて計算したノイズに異方的な相トルを示し、その効果につい関がある場合の µSR スペクトルて議論する。
［3］[1] R. Kubo and T. Toyabe, in Magnetic Resonance and Relaxation, ed.
R. Blinc (North-Holland, Amsterdam, 1967) p. 810.
[2] Y. Tanimura, J. Phys. Soc. Jpn. 75, 082001 (2006).
[3] H. Takahashi and Y. Tanimura, to be submitted to J. Phys. Soc. Jpn

P1-014B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF-BL08

高分解能中性子回折による高ホールドープ Pr2−xSrxNiO4 の結晶構造解析
Crystal structures of highly hole-doped Pr2−xSrxNiO4
studied by high-resolution neutron diffraction
梶本亮一 1、中島健次 1、藤田全基 2、石角元志 3、鳥居周輝 4,1、石川喜久 4,1,†、
Ping Miao4,1,‡、神山 崇 4,1
1 J-PARC、2 東北大金研、3 CROSS、4 KEK
ホールがドープされた層状ペロブスカイト Ni 酸化物 R2−xSrxNiO4 はホール濃度 x < 1/2 でストライプ型の電荷・磁気秩序を示し、x > 1/2 では市松模様型の
電荷秩序を広い濃度範囲で示すことが知られている [1]。x > 1/2 の高ホール濃度領域ではホールが面間の軌道に入ることで面内の市松模様型電荷秩序を保つと考えられ、x = 1 付近で金属に転移しても、依然として市松模様型電荷秩序の相関が強く残った異常金属状態となっていると考えられている [2]。
そこで、x > 1/2 の高ホール濃度領域における電荷・軌道状態を結晶構造の観点から探るため、高分解能中性子回折による結晶構造解析を行った [3]。
試料は Pr2−xSrxNiO4 の x = 0.7 と 0.9 の粉末試料を用い、中性子回折実験はMLF BL08 の SuperHRPD にて行った。x = 0.7 では 格子定数、Ni-O 結合
長、原子変位パラメータ共に滑らかな温度変化を示し、その変化の様子は低ホール濃度の x = 1/3 で報告されているもの [4] と同程度であった。一方、x= 0.9 では、NiO6 八面体の頂点方向の Ni-O 結合長が高温領域で大きな熱収縮を示し、さらに、頂点酸素の面間方向の原子変位パラメータが、他の組成の試料に比べて特に大きな値を示すことを見いだした。本発表では、この x =0.9 における特異な構造的特徴を電荷の伝導性、Ni3+サイト上の軌道状態と関連づけて考察する。

†現所属: CROSS‡現所属: CSNS
[1] R. Kajimoto, T. Kakeshita, H. Yoshizawa, T. Tanabe, T. Katsufuji, andY. Tokura, Phys. Rev. B 64, 144432 (2001), and references therein.
[2] M. Uchida, Y. Yamasaki, Y. Kaneko, K. Ishizaka, J. Okamoto, H.
Nakao, Y. Murakami, and Y. Tokura, Phys. Rev. B 86, 165126 (2012).
[3] R. Kajimoto, K. Nakajima, M. Fujita, M. Ishikado, S. Torii, Y. Ishikawa,
P. Miao, and T. Kamiyama, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 114602 (2019).
[4] G. Wu, J. J. Neumeier, C. D. Ling, and D. N. Argyriou, Phys. Rev. B 65,
174113 (2002).

P1-015B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
PF/BL6Cベリル構造 [Be3Al2Si6O18] に固溶する Fe と Mn
The location of Fe and Mu in beryl structure
児玉惟衣、中村友梨江、徳田誠、杉山和正
東北大学 金属材料研究所
入射 X 線のエネルギーが試料に含まれる元素の吸収端に近い場合、その元素は異常(共鳴)散乱を起こす．着目する元素の吸収端近傍の低エネルギ
ー側で 100eV 程度の異なる 2 つの波長を用いて散乱強度を測定すると、散乱強度には着目元素の異常分散項実部を反映するエネルギー依存性が観測され る ． 本 研 究 で は 単 結 晶 X 線 異 常 散 乱 (AXS) 法 を 用 い て ， beryl[Be3Al2Si6O18]に固溶する微量成分 Fe と Mn に関する構造情報を取得した．
天然に産する beryl には含有する微量成分に応じて様々な色があり，美しいものはエメラルドに代表される宝石として珍重されている．例えば，red beryl
は紅紫色，aquamarine は淡青色を呈し，それぞれ Mn および Fe が Al を置換することが発色の原因であると考えられている．今回の実験では red beryl(Utah，USA 産) および aquamarine (Gilgit, Pakistan 産) の Fe の分布に関して異常散乱の実験を行った．
実験は BL-6C の四軸回折計を用いて Fe-K 吸収端の単結晶 AXS 実験を行った．Si(111)二結晶モノクロメータを用いて Fe-K 吸収端(7112eV)の近傍(7087eV)と十分に離れた領域(6962eV)のＸ線を選択し，それぞれのエネルギ
ーでの回折強度を測定した．Fe 吸収端で得られた構造因子の差をフーリエ変換した結果，Fe の分布を決定することができた{図 1 (a) red beryl, (b)aquamarine}．両試料とも Al サイトにコントラストが観測され，Fe が Al サイトに分布することを可視化することに成功した．

図 1. 構造因子の差をフーリエ変換した結果得られた Fe の分布図 (c 軸に沿った投影図； z= 1/4)．

P1-016B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
J-PARC MLF： BL14, BL01, Spring-8： BL35XU

What is the origin of a streak (column, continuum)
scattering of frustrated spin system RBaFe4O7 (R = Y, Ho,
Tm, Yb, Lu) in inelastic neutron scattering?
K. Kamazawa, Comprehensive Research Organization for Science and Society(CROSS)
RBaFe4O7 (R = Y, Ho, Tm, Yb, Lu) is considered as a 3-dimensional classicalfrustrated spin system. The crystal structure has cubic symmetry with arelatively small ionic radius of R ions, and Fe2+ and Fe3+ reside on
corner-sharing-tetrahedra with a number ratio of 3 : 1. Thanks to recent
developments in neutron-scattering technology, in particular facilities withchopper-type spectrometers, we can easily access wide ħω and Q regions at oncewith high-intensity and low-background signals. Accordingly, a lot of neutron
time-of-flight works on frustrated systems have been carried out. In the neutron
scattering measurements of RBaFe4O7, when R ion is nonmagnetic (i.e., R = Y,Lu), we can see two type of inelastic scattering in the system. One is inelastic
scattering along energy (ħω) axis at specific Q positions (we called this as“streak scattering”) and the other is dispersionless inelastic scattering around(ħω ~) 2meV. The Q position suggests existence of antiferromagnetic hexagonal
spin cluster correlation. When R is magnetic ion (i.e., R = Ho, Tm, Yb), we cansee also streak scattering and several dispersionless inelastic scattering in
addition to the ħω ~ 2meV excitation. The two scatterings, however, lookobscure compared to those of scatterings when R is nonmagnetic ion. A similar
streak inelastic scattering along ħω axis is also observed in itinerant frustrated
spin system, e.g. YMn2 etc. Interestingly, a similar inelastic scattering which iscalled “column scattering" is also observed in Relaxors and lattice system. In
addition, a similar scattering which is called “continuum scattering” is reported
in several quantum spin liquid candidates. With recent results of RBaFe4O7 (R =Y, Ho, Tm, Yb, Lu (including inelastic X-ray scattering), we would like todiscuss about the origin of a streak scattering of RBaFe4O7.

P1-017B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF-BL01

中性子飛行時間分光法により測定した Tb3Fe5O12の磁気励起とその温度変化
Magnetic excitations and its temperaturedependence in Tb3Fe5O12 measured by neutron
time-of-flight spectroscopy
川本 陽 1，蒲沢和也 2，池内和彦 2，吉川貴史 3,4
齊藤英治 3,4,5,6，藤田全基 4，加倉井和久 2，南部雄亮 41 東北大院理，2 CROSS， 3 東北大材料高等研
4 東北大金研，5 東大物工，6 原研先端研
スピントロニクス分野において、鉄ガーネット系物質のスピンゼーベック効
果 (SSE) に関する研究が活発に行われている。SSE は、温度勾配を印加した強磁性あるいはフェリ磁性絶縁体と常磁性金属の接合系においてスピン流が誘起される現象である。絶縁体内ではマグノンがキャリアーとなりマグノン
スピン流が流れ、金属との界面相互作用を経て自由電子のスピンを偏極させる。スピン偏極した自由電子は、金属内におけるスピン軌道相互作用を起源とする逆スピンホール効果により信号が電気的に検出される。
本研究では、Gd3Fe5O12 (GdIG) におけるSSE信号の温度変化が示す二度の符号反転に着目した。高温側の符号反転は磁気補償温度を境とした各副格子における磁化の再配列によって理解できるものの、低温側の符号反転は磁気構造だけでは説明できず、磁化の歳差運動の回転方向 (極性) [1] を含めたマグノンの機構が寄与していると考えられる。実際、先行研究におけるGdIGの磁気励起のシミュレーションでは、光学モードの温度上昇によるソフト化が示唆され、音響モードと光学モードのSSEに与える寄与が温度上昇に伴い競合する機構が提案されている [2]。
GdIG におけるマグノンの振る舞いを極性も含めて実験的に明らかにするた
めには、中性子非弾性散乱を行う必要があるが、Gd は非常に大きい中性子
吸収断面積を持つ。そこで本研究では他の希土類母物質について系統的にSSE 信号の測定を行い，Tb3Fe5O12 (TbIG) が二度の符号反転を示すことを見出したため、TbIG の磁気励起を通じて SSE 信号の符号反転の機構を探ることを目指した。本発表では、飛行時間分光法による中性子非弾性散乱の測定により得られた、TbIG における磁気励起の分散関係とその温度変化から、光学モードが温度上昇に伴いソフト化する事を示す。また、TbIG における三つの副格子の磁化が一様に歳差運動をするマクロスピンモデルを考えることで、各モードの極性を同定できることを示した後、光学モードにおけるエネルギーギャ
ップの温度依存性と合わせて SSE 信号の振る舞いを議論する。
[1] Y. Nambu et al., arXiv:1911.11968.
[2] S. Geprägs et al., Nat. Commun. 7, 10452 (2016).

P1-018B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
KEK-PF／BL-14A, BL-8B

原田石 SrV4+Si2O7 における t2g 軌道整列と一次元反強磁性
t2g orbital ordering and one-dimensional
antiferromagnetism in natural mineral haradaite
相澤遥奈１、山本孟１、坂倉輝俊１、木村宏之１、岸本俊二２、佐賀山基２
１ 東北大多元研、２ KEK
原田石は 1960 年に岩手県野田玉川鉱山において、1962 年に鹿児島県大和鉱山において発見された鉱物である[1,2]。化学式は SrVSi2O7 で表され、天然鉱物では非常に珍しい V4+(S = 1/2) が含まれる。図１に示すように、VO5 ピ
ラミッド型多面体が SiO4 四面体を挟んで一次元的に並んだ結晶構造を持つ。
ピラミッド型配位では t2g 軌道と eg 軌道の縮退が解けて 3dxy 軌道が最も安定となるため、V4+の唯一の価電子は 3dxy 軌道にのみ占有されると考えられる[3]。
3dxy 軌道は隣接する V4+方向にロープが伸びていることから、一次元的な磁性を示すことが期待される。原田石は 3d 軌道整列や一次元磁性系として興味深いが、これらの物性に関する研究は今のところ行われていなかった。
本研究では、鹿児島県大和鉱山で採取された原田石試料を鉱物店（大江理工社）から購入し、実験に用いた（図２）。単結晶 X 線回折（VariMax DW with
IP、Rigaku）により軸立てを行ったところ、試料の一部分が単結晶であることがわかった。本試料を用いて磁化測定を行ったが、磁性不純物の存在により原田石の本質的な性質を評価することは困難であった。本試料の単結晶部分のみを切り出し、KEK-PF BL-14A、BL-8B において単結晶 X 線回折を測定し、結晶構造解析を行った。その結果、原田石の実際の結晶構造が、これまで報告されていたものとは異なる可能性があることがわかった。現在、磁性不純物の除去や高圧合成法を用いた原田石の単結晶試料の合成、磁性評価を進めており、これらの結果については当日議論をする。

図 1 原田石 SrVSi2O7 の結晶構造

図 2 天然の原田石試料顕微鏡写真。
画像の目盛りは 1 mm を示す。

[1] Y. Takeuchi et al., Mineral. J. 5, 98 (1967) [2] J. Ito, Mineral. J. 4, 299 (1965)[3] M. A. Korotin et al., Phys. Rev. Lett. 83, 1387 (1999).

P1-019B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF／BL-12

量子臨界点近傍の三角格子反強磁性体
RbFeCl3 における混成マグノンの観測
Observation of Hybridized Magnon on Triangular
Lattice Antiferromagnet RbFeCl3
長谷川舜介 1、浅井晋一郎 1、松本正茂 2、伊藤晋一 3、益田隆嗣 1
1 東大物性研、2 静岡大理、3 KEK

量子臨界点近傍における磁性体では、準粒子励起として秩序変数の位相の揺らぎとともに、強い量子揺らぎにより秩序変数の振幅の揺らぎも観測される。結晶場とスピン軌道相互作用により擬スピン S = 1 で記述される磁性体
AFeCl3 (A = Rb, Cs)の軌道状態は、容易面型の磁気異方性により一重項状態と二重項状態に分裂する。また ab 面内で形成される三角格子には幾何学的
フラストレーションが存在する。イオン半径の大きい A = Cs の場合は相互作用が小さいため、基底状態は非磁性な一重項状態であり、圧力を 0.9GPa 程度以上印加するとスピンが ab 面内を向いた 120 度構造に量子相転移する[1]。
さらに、この非共線的な磁気構造に由来した位相揺らぎと振幅揺らぎの混成
モードの存在が CsFeCl3 の圧力下非弾性中性子散乱実験にて報告された[2]。
一方、Cs をよりイオン半径の小さい Rb に置換することで化学的圧力を加えた
RbFeCl3 では常圧、1.8K 以下で 120 度構造を示す[3]。そのため、RbFeCl3 は量子臨界点近傍において磁気秩序相側に位置する物質といえる。よって、
RbFeCl3 でも CsFeCl3 と同様に混成モードの観測が予想される。
我々は 120 度構造での RbFeCl3 の中性子スペクトルを J-PARC MLF の
BL-12/HRC にて測定した。その結果、CsFeCl3 同様、ギャップレスな励起とギャップを持つ励起が 2meV 以下に観測された。拡張スピン波理論によりこれらはスピンの位相揺らぎと振幅揺らぎが混成したモードであることがわかった。
ポスターでは観測された磁気励起及び、解析の詳細について発表する。
[1] S. Hayashida et al., Phys. Rev. B 97, 140405 (2018).
[2] S. Hayashida et al., Sci. Adv. 5, eaaw5639 (2019).
[3] H. Yoshizawa et al., J. Phys. Soc. Jpn. 49, 144 (1980).

P2-004B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞

中性子回折と第一原理計算による希土類磁石の構造解析
The structure analysis of rare-earth magnets byneutron diffraction and ab-initio calculation
羽合孝文 1、松本宗久 1、JamesHester2、小野寛太 1

KEK 物構研、2ANSTO

1

希土類磁石の詳細な結晶および磁気構造を明らかにすることは、物質探索
および理論計算によるシミュレーションの両面に対して多大な貢献がある。優れた高温特性から次世代永久磁石として着目を浴びている(Sm,Zr)(Fe,Co)11Ti[1]は同一のサイトに複数種類の原子が存在するため、その必要性が特に高い。中性子は原子番号の近い原子に対しても散乱長が大きく異なり、また磁気モーメントによっても散乱するため、このような実験に対して最も適した方法の一つである。しかし、(Sm,Zr)(Fe,Co)11Ti においては Sm が強い吸収体となってしまうため、回折強度が極端に弱く実験データからだけでは詳細な構造を評価しきれない。吸収の小さな同位体は酸化物の形でしか入手できないため、金属である(Sm,Zr)(Fe,Co)11Ti に対して用いるのは現実的でない。そこで、本研究ではリートベルト解析と第一原理計算を組み合わせ、構造決定を行なった。リートベルト解析で構造を最適化し、その構造を第一原理計算に入力し磁気モーメントの値を決定する。計算で得られた磁気モーメントをリートベルト解
析にフィードバックし、モーメントを固定したまま再度結晶構造を最適化、第一原理計算に渡す。このループを構造が収束するまで行うことで、実験だけからでは決まらない詳細なパラメータを第一原理計算という束縛条件のもと決定した。
粉末中性子回折実験は ANSTO の ECHIDNA を用いて行った[2]。第一原理
計算には Akai-KKR を用いた[3]。その結果、(Sm,Zr)(Fe,Co)11Ti において、遷移金属の占有率および各サイトでの磁気モーメントを評価することができた。
また、Zr はこれまで希土類サイトのみに存在すると考えられていたが、遷移金属サイトにも入りうることがわかった。発表ではこれらの詳細について議論する。
[1] K. Kobayashi, et al., JAC 694, 914 (2017). [2] M. Avdeev and J. R. Hester,
JAC 51, 1597 (2018). [3] H. Shiba, Prog. Theor. Phys. 46, 77 (1971); H. Akai,
Physica 86 – 88B, 539 (1977).

P2-005B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
KEK PF/BL8B、J-PARC MLF/BL21 NOVA

ペロブスカイト型 CaMn1-xSbxO3 の磁化反転起源の解明
Elucidation of the mechanism of magnetization
reversal in the perovskite-type CaMn1-xSbxO3
東北大学多元研、岩手大学理工 A、東工大 MSLB、
KEK 物構研 C、阪大産研 D
関川曉、山本孟、木村宏之、谷口晴香 A、松川倫明 A、東正樹 B、
石井祐太 C、佐賀山基 C、本田孝志 C、大友季哉 C、山内邦彦 D
ペロブスカイト型マンガン酸化物は、Mn3+と Mn4+の混合原子価数状態において強磁性金属相や電荷秩序相、絶縁体反強磁性相など多彩な電子相を作る。本研究では CaMn4+O3 の B サイトへ Sb5+を置換す
る(CaMn1-xSbxO3)ことで電子ドープを行い、結晶構造や磁気構造の変化を調べた。過去の報告より、x ≥ 0.20 で Mn-O 八面体回転パターンの変化による直方晶(空間群 Pnma)から単斜晶(空間群 P21/m)への構造相転移[1]や、x = 0.05、0.08 での磁場中冷却過程での起源不明の磁化反転を示すことが知られている[2]。
KEK PF BL-8B において粉末放射光 X 線回折実験を行い、直方晶
Pnma から単斜晶 P21/m への構造相転移が温度変化でも起こることが分かり、温度-組成の詳細な相図を得た。単斜晶相の出現は eg 軌道秩序に由来すると予想できる結果を得た。
J-PARC MLF BL21 NOVA において、磁化反転の前後での磁気構造を明らかにするため、20 K および 90 K で CaMn0.95Sb0.05O3 の粉末中
性子回折実験を行った。両測定温度で G 型反強磁性相と A 型反強磁性相が共存し、温度の低下に伴って A 型反強磁性相の体積分率が大きくなることが明らかになった。A 型反強磁性相が安定することは、単斜晶相で予想される eg 軌道秩序パターンから説明できた。
磁化反転のメカニズムとして、G 型反強磁性相と A 型反強磁性相
でジャロシンスキー-守谷相互作用による弱強磁性磁化方向が異なることを予想した。

図：CaMn0.95Sb0.05O3 の 20 K における回折パターンと磁気構造解析結果
および磁化反転のメカニズムの予想[1]V.Poltavets et al., J. Solid State Chem. 177, 1285 (2004)[2]Y.Murano et al., Phys. Rev. B, 83, 054437 (2011)

P2-006B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
KEK-PF／BL-14A、BL-8B

岡山県布賀鉱山に産出する逸見石における非極性-極性構造相転移と二次元反強磁性
Nonpolar-to-Polar phase transition and two-dimensional antiferromagnetismin natural mineral henmilite from Fuka mine, Okayama prefecture
山本孟１、坂倉輝俊１、木村宏之１、野田幸男１、岸本俊二 2、佐賀山基 2、松原正和 3、関根大輝 3、壁谷典幸 3、落合明 3
１ 東北大多元研、２ KEK、３ 東北大理
逸見石 Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]2 は世界でも岡山県布賀鉱山にのみ産出するホウ酸塩鉱物の一種である[1]。その結晶構造は空間群 P-1 に属し、Cu(OH)4 平
面四角形のユニットが、歪んだ二次元正方格子状に並んだ構造を持つ。低次元性や幾何学的フラストレーション、孤立性を持った量子スピン系(S = 1/2)として興味深い。本研究では天然の逸見石単結晶を用いて、結晶構造の詳細と磁気特性を調べ、約 270 K で非極性-極性構造相転移を示すことや二次元反強磁性体としての特徴があることを明らかにした。
単結晶 X 線回折(KEK-PF BL-14A)から、逸見石は水素結合のネットワーク
により 270 K 以上では非極性（空間群: P-1）、270 K 以下では極性（空間群:P1）構造を取ることが明らかとなった。空間反転対称性の破れは、SHG 測定からも確認することができた。この相転移に伴う誘電異常や焦電流の観測もできたが、低温においても P-E ヒステリシスループは描くことはできなかった。
今回決定した結晶構造[図 1(a)]から、本物質は水素結合型の焦電体ないしフェリ誘電体であることを明らかにした。
逸見石の磁化率温度依存測定では、スピン-1/2 二次元正方格子ハイゼン
ベルグモデルで良く再現できる挙動が見られた。0.1 K までの比熱を測定した
ところ、ゼロ磁場下では 0.2 K、3 T 印加下では 0.8 K で反強磁性相転移が見られた[磁気相図⇒図 1(b)]。これらの詳細については当日議論する。
(a)(b)

図 1 (a) 今回決定した逸見石の結晶構造。（b） 温度-磁場の磁気相図[1] I. Nakai et al., American Mineralogist, 71, 1234-1239, (1986).

P2-007B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF／BL21

金属磁性体 Mn3RhSi の磁気 PDF 解析
Magnetic PDF analysis on metallic magnet Mn3RhSi
樹神克明 1、本田孝志 2、山内宏樹 1、社本真一 1、池田一貴 2、大友季哉 2
1 原子力機構、2 KEK 物構研-2

Gmag(r) (Å )磁気対相関関数（磁気 PDF）は、ある磁気モーメントから距離 r に位置する
磁気モーメントの数および方向を表す実空間の関数である。これの原子版である原子対相関関数（PDF）が長距離周期をもたない原子配列を調べるうえで有効であるのと同様に、磁気 PDF は長距離周期をもたない磁気構造を調べる
うえで有効と考えられる。今回我々は磁気 PDF 解析の適用例として金属磁性体 Mn3RhSi を取り上げた。
Mn3RhSi は Mn 原子が形成する正三角形が 3 次元的につながった構造をもち、β-Mn と同様の結晶構造をもつ。この系は TN～190 K 以下で反強磁性長距離秩序を示すが、中性子回折実験ではその転移温度 TN 上下の広い温度領域で磁気散漫散乱が観測されている[1]。我々は高強度全散乱装置 NOVA
を用いて粉末中性子回折実験を行い、得られた回折データから磁気散乱成分を抽出して磁気 PDF を導出した。TN の上下 220 K および 180 K で得られた磁気 PDF を図 1 に示す。220 K の磁気 PDF は最近接 Mn 距離に対応する 2.7 Å付近で大きな負のピークを示すが、長距離秩序をもたないことに対応してそれより長距離領域では顕著な磁気対相関ピークを示さない。一方 180 K の磁気
PDF は 220 K と同様に 2.7 Åに負のピークをもち、さらに長距離領域まで明確な磁気対相関ピークを示す。図中の実線は、中性子回折実験[1]で決定された TN 以下の長距離磁気構造を用いて計算された磁気 PDF である。6 Å以上の領域では計算値は 180 K の磁気 PDF をほぼ再現できている。しかしそれ以下の短距離領域では実験値と計算
4
220K
値は一致せず、特に 2.7 Åの負の180K
3
ピークは計算値では再現できない。
calculation2
このことは、2.7 Åの負のピークはTN 以下の長距離磁気秩序とは異な
1
る磁気構造をもつ短距離磁気秩序0によるものであり、TN 以下ではこの-1
短距離磁気秩序が長距離磁気秩序と共存していることを示唆している。
-2
5

10

15

20

r (Å)

[1] 山 内 宏 樹 他 、 日 本 物 理 学 会
2016 年秋季大会 13aPS-14

図 1 220 K（●）および 180 K（○）で得られた磁気 PDF。実線は TN 以下の反強磁性磁気構造から計算された磁気 PDF。

P2-008B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF-S1／RIKEN-RALSR からみた電子とホールをドープした Ce フリー超伝導体
T'-La1.8-xEu0.2SrxCuO4-yFy の電子状態
Electronic State in the Electron- and Hole-doped
Ce-Free Superconductor T'-La1.8-xEu0.2SrxCuO4-yFy
Studied by SR
川股隆行 1，春原稔樹 1，塩坂浩太 1，足立匡 2，渡邊功雄 3，幸田章宏４，
中村惇平４，西村昇一郎４，加藤雅恒 1，小池洋二 11 東北大学大学院工学研究科，2 上智大学理工学部，3 理研仁科センター，
４KEK 物質構造科学研究所
T'構造を持つ銅酸化物超伝導体 RE2CuO4 (RE：希土類)の薄膜試料において、還元処理により過剰酸素を適切に除去すると、キャリアドープなしでも超伝導が発現することが報告され[1]、現在、そのノンドープ超伝導の電子状態の解明が望まれている。現在、Cu3dx2-y2 の上部ハバードバンドと O2p バンドがオー
バーラップして電荷移動ギャップがつぶれたモデル[2]と電荷移動ギャップの存在するモット絶縁体に酸素欠損によって電子キャリアがドープされたモデル[3]の２つが提案されている。これを明らかにするため、我々は、ノンドープ超伝導体 T'-La1.8Eu0.2CuO4 にホールドープ[4-5]と電子ドープ[6]を行った試料
T'-La1.8-xEu0.2SrxCuO4-yFy（x = 0-0.03；y = 0-0.15）を用いてミュオンスピン緩和（SR）実験を行い、得られたSR スペクトルを解析して、磁気相転移温度 TNのキャリアドープ量依存性を調べた。
電子ドープによって TN は低下する一方、ホールドープによって TN はほとんど変化しないことがわかった。もし、ノンドープ超伝導体の電子状態が電荷移動ギャップの存在する後者のモデルである場合、ホールドープによって電子キャ
リア濃度が低下してモット絶縁体に近づくため、TN は上昇するはずである。したがって、今回の結果はそれと矛盾する。そのため、ノンドープ超伝導体の電子状態は、電荷移動ギャップがつぶれた前者のモデルである可能性が高いことがわかった。
References[1] O. Matusmoto et al. Physica C 469, 924 (2009).
[2] T. Adachi et al., J. Phys. Soc. Jpn. 82, 063713 (2013).
[3] M. Horio et al., Nat. Commun. 7, 10567 (2016).
[4] T. Takamatsu et al., Appl. Phys. Express 5, 073101 (2012).
[5] T. Takamatsu et al., Phys. Procedia 58, 46 (2014).
[6] T. Sunohara et al., J. Phys. Soc. Jpn. 89, 014701 (2020).

P2-009B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF-BL15

中性子小角散乱による MnSi の臨界磁場付近の磁気状態
SANS Study of Magnetic State near Critical Field
in MnSi
大石一城 1、高阪勇輔 2、岩崎賢 3、秋光純 3、V. Laliena4、J. Campo4、
大隈理央 5、美藤正樹 5
1 CROSS、2 大阪府大工、3 岡山大基礎研、4 サラゴサ大、5 九工大工

スピンの渦状構造であるスキルミオンが近年注目を集め、盛んに研究されている。このスキルミオンは強磁性相互作用と Dzyaloshinskii-Moriya 相互作
用によって実現する長周期らせん磁性を示す系において現れることが多く、特にバルク試料では転移温度近傍の磁場誘起相として観測される。その発端となったのが、中性子散乱実験による MnSi での発見あり[1]、その後、数多くの物質においてスキルミオンの存在が報告されている。
最近の理論的アプローチによると、スキルミオンが発現する系において、低温の臨界磁場付近の温度－磁場領域において、コニカル相と強制強磁性相の間に、熱ゆらぎによる未知の磁気中間相が出現することが示唆された[2]。
更には、交流帯磁率測定により、理論で示唆された低温・高磁場領域において帯磁率の振る舞いに異常が観測された[3]。これらの結果を受けて、交流帯磁率測定にて異常が観測された温度・磁場領域における磁気状態を調べるため、J-PARC MLF BL15 中性子小角・広角散乱装置「大観」を用いて小角散乱実験を行った。
実験は、[111]方向に磁場を印加し、入射中性子ベクトル ki || H 及び ki⊥Hの条件で行った。未知の磁気中間相として、スキルミオンの存在が示唆されていることから、交流帯磁率に異常があった温度・磁場領域で測定を行った結果、ki⊥H の条件でコニカル相に由来する 2 つの Bragg ピークが観測された。
一方、ki || H の条件では、Bragg ピークは観測されなかった。この結果から、磁気中間相は、いわゆる、磁気転移温度近傍に出現するスキルミオン相とは異なることが示唆される。
[1] S. Muhlbauer et al., Science 323, 915 (2009).
[2] V. Laliena and J. Campo, Phys. Rev. B 96, 134420 (2017).
[3] M. Ohkuma, M. Mito et al., private communication.

P2-010B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF-S1

T*型銅酸化物高温超伝導体 La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4 の磁性に対する不純物効果を通したSR 研究
The SR study on impurity effects on magnetism
in T* structure cuprate La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4
谷口貴紀 1, 工藤康太 2, 高濱元史 2, 浅野駿 2,
岡部博孝 3, 幸田章宏 3, 門野良典 3, 渡邊功雄 4, 藤田全基 1
1
東北大金研, 2 東北大院理, 3 高エネ機構物構研, 4 理研仁科センター
214 型結晶構造には、T, T’, T*の 3 種類が報告されており、それぞれ Cu サイ
ト周りの O の配位数は 6, 4, 5 である。最近、上記の銅酸化物高温超伝導体において、Cu サイト周りの O サイトに関する局所構造と物性の関係が活発に議論されている。例えば、T’型の場合、還元アニールにより頂点酸素が除去された場合に超伝導転移が現れると考えられているが、母物質においても超伝導発現の可能性が示唆されており、未解明な問題がある[1]。一方、T*型の場
合、高圧酸素アニールを施すと、超伝導転移が現れる。これは、as-sintered
試料で欠損している頂点酸素が補充されるにより、ホールのモビリティが促されるためとの指摘があるが、試料合成の困難さから、これまで系統的にキャリアを変化させた研究報告はなかった。
銅酸化物高温超伝導体では、反強磁性スピン揺らぎを伴ったホールのモビリ
ティが、クーパー対形成に重要な役割を果たしていることが分かっているが、T*構造銅酸化物における Cu スピンの詳細は明らかになっていない。我々は、T*構造を持つ La1-x/2Eu1-x/2SrxCuO4 (LESCO)において、Sr 濃度を変化させることで、ホール濃度を制御することに成功し [2]、これまで、磁化測定、電気抵
抗測定、NMR、SR 測定を行い、多角的に磁性と超伝導について調べてきた。
今回、ホールと Cu スピンの関係を明らかにするために、Cu サイトに、非磁性不純物である Zn、または、磁性不純物である Fe をドープして超伝導を抑制した系の磁性研究を進めた。本講演では、特に磁化測定とSR 測定の結果について報告する。
References[1] J. Akimitsu et al., J. Jpn. Appl. Phys. 27, L1859 (1988).
[2] S. Asano et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 084709 (2019).

P2-011B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
Photon Factory BL-16A, 11B, 3A, 4C

共鳴 X 線散乱による PrFe4P12 の p-f 混成状態の観測の試み
p-f hybridization in PrFe4P12 investigatedby resonant X-ray scattering
中尾裕則 1，岩佐和晃 2
1
KEK 物構研、2 茨城大フロンティアセンター
充填スクッテルダイト RT4X12（希土類 R、遷移金属 T、プニクトゲン X）は、重い
電子状態、金属・絶縁体転移、多極子秩序、超伝導といった多彩な物性を示し、多くの研究がなされてきた。結晶構造は X12 の 20 面体の中の空間に R が充填されたカゴ状構造をもち、カゴを形成している X の p 軌道からなる分子軌
道とカゴの中の f 電子が強い混成を示すのが特徴である。この p-f 混成の強さが１つのパラメータとなり、スクッテルダイトにおける多彩な物性が発現すると考えられている。これまでに我々は、元素・電子軌道を選択的に観測できる実験手法である共鳴 X 線散乱を用い、金属絶縁体転移を示す PrRu4P12 の研究を行ってきた[1]。その結果、p-f 混成状態を反映していると期待される強い共鳴信号を、Pr M4,5 吸収端(3d->4f 遷移)と P K 吸収端(1s->3p 遷移)で観測することに成功した。今回は、重い電子状態から非磁性秩序を示す PrFe4P12 において、共鳴 X 線散乱による観測を試みたので報告する。
[1] H. Nakao et al., J. Phys.: Conf. Ser. 969 (2018) 012118.

P2-012B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
PF/BL6C

AXS 法による角閃石に含まれる Mn2+, Mn3+の分布決定
Site occupancy of Mn2+ and Mn3+ in amphibole
determined by x-ray anomalous scattering
徳田誠、児玉惟衣、中村友梨江、杉山和正
東北大学 金属材料研究所
角閃石はその複雑な構造から多様な構造組成を持ち得る．特に構造中の陽イオンの価数は構造組成に直接的に関連する重要な要素である．本研究は、単結晶 X 線異常散乱(AXS)法を用い，マンガンを主成分とする kôzulite お
よび ungarettiite 中の Mn2+と Mn3+の分布を直接決定することを目的とした．
岩手県田野畑鉱山産 kôzulite および Australia, Woods mine 産 ungarettiiteを用いた．実験は Si(111)二結晶モノクロメータを用いて、 Mn2+ の吸収端(6542eV)より低い 6540eV(E1), 6515eV(E2)および 6405eV(E3)を選択し、BL-6Cの四軸回折計を用いてそれぞれの波長での回折強度を測定した．
各エネルギーで測定した構造因子の差をフーリエ変換して得られた結果を図１に示す．E2 と E3 のエネルギーを用いた AXS 法(図 1a)では元素のコントラストが、E1 と E2 のエネルギーを用いた AXS 法(図 1ｂ)では価数のコントラストが生じると考えられる．図 1a において M1, M2 および M3 サイトにコントラストが確認でき、Mn はこれらのサイトにのみ分布することが分かる．図 1b において、
M2 サイトは M1 および M3 サイトに対してコントラストが現れている．図 1a と比較することで、Mn2+が M2 サイトに濃集していることが示唆される．

図１. Kôzulite における a) 元素コントラストおよび b) 価数コントラスト (X = 0.5, 等
高線間隔 0.3 eÅ–3).

P2-013B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
PF-BL6C

マグネタイトの価数選択蛍光Ｘ線ホログラフィー
Valence-selective X-ray fluorescence holography
on Magnetite
八方直久 1、細川伸也 2、木村耕治 3、Ang Kevin Roquero Artoni 3、林好一 31 広島市大院情報、2 熊本大院先端、3 名工大院工
蛍光Ｘ線ホログラフィー（XFH）は、物質中、特定元素周辺の局所原子配列を、
EXAFS（広域Ｘ線吸収微細構造法）よりも広範囲に３次元で見ることができる
結晶構造解析手法である。様々な機能性材料の活性サイトを探ることにより、機能発現のメカニズム解明が期待され、最近は価数選択 XFH が試みられている。これは、入射 X 線を吸収端付近での価数に特徴的なエネルギーに設定することにより、その価数を持つ原子のみが蛍光 X 線を放出することを利用する。例えば、Stellhorn らは、同じ Y 酸化物薄膜から表面の Y3+と内部のY2+のまわりの局所構造の違いを明らかにした[1]。本講演では、マグネタイト
Fe3O4 の XFH について紹介する。図(a) に回折実験によって得られた
Fe3O4 の結晶構造を示す。正四面体配置を持つ A サイトには Fe2+のみが、正八面体配置を持つ B サイトには Fe2+と Fe3+の双方が存在すると考えられている。図(b)に XAFS を示す。また 、 図 (c) 、 (d) に 7.114
keV と 7.120 keV で測定したホログラムを示す。
わずか 6 eV の違いにも関わらずホログラムには明瞭な違いが見られた。Fe2+と Fe3+の周辺の構造の違いを反映して
図 Fe3O4 の結晶構造、XAFS とホログラムいると考えられる。
[1] J. Stellhorn et al., J. Appl. Cryst. 50, 1583 (2017).

P2-014B ＜固体物理（磁性, 強相関電子系）＞
MLF/BL12HRC

金属反強磁性体 CeRh2Si2 の磁気励起の異方性
The anisotropy of magnetic excitations on
antiferromagnetic metal CeRh2Si2
齋藤開 1,5、羽合孝文 2、今布咲子 3、日髙宏之 3、網塚浩 3、
益田隆嗣 1,4、横尾哲也 1,5、伊藤晋一 1,5
１
KEK 物構研中性子、2KEK 物構研放射光、3 北大理、
4
東大物性研、5J-PARC センター
近年、複数の磁気イオンサイトや軌道を一つのクラスターとして捉えると、それをその対称性から特定の多極子の秩序とみなせる、とする理論が注目を集めている[1]。私たちはこの理論を基に、UNi4B、CeRh2Si2、CeRu2Al10 において
電流印加による磁化誘起現象を発見した[2]。電気磁気(ME)効果の発現は、系の空間反転対称性が破れ、反転操作に反対称な奇パリティ多極子が有限に存在していることを期待させる。しかしながら、私たちが ME 効果を観測した
どの系も、過去に報告されている結晶・磁気構造には反転中心が存在する。
そこで、私たちはそれらの系の対称性を改めて確認すること、及び奇パリティ
多極子に由来した物性を磁化以外のプローブを用いて観測することを目指している。 本 講 演 では J-PARC、 MLF の BL12 HRC で行わ れ た 単 結 晶
CeRh2Si2 における非弾性中性子散乱実験について報告する。
一次元鎖における理論計算[3]によれば、局所的な空間反転対称性の破れに由来して系が交代的な DM 相互作用を持つ系においては、反強磁性（AF）
秩序に伴いマグノンバンドのスピン依存のない非対称な変形が生じる。本研
究の目標はこの磁気励起の変調を観測することである。
CeRh2Si2 の結晶構造は ThCr2Si2 型の正方晶(空間群: I4/mmm, 𝐷 , No.
139)である。Ce イオンは空間反転中心に存在する。本系は TN1 = 36 K でAF1 相へ、TN2 = 25 K で AF2 相へ逐次の AF 相転移を示す。各相はそれぞれ、秩序波数ベクトル q = [1/2, 1/2, 0]と[1/2, 1/2, 1/2] + [1/2, 1/2, 0]で特徴づけられる。どちらの相においても Ce が磁気モーメントを持ち、c 軸を向いて整列する。ME 効果は AF1 相でのみ観測されている。
これまでに、どちらの相においても、遷移エネルギーが 8 meV 程度の磁気励起を観測している。また、AF1 相においては単純なスピン間相互作用のみか
らは説明できない振る舞いが僅かに見られている。本講演では、入射中性子のエネルギーと測定領域を適当に選ぶことでより高い精度で得た AF1 相におけるスピン波の異方性から、系が内包する相関を考察する。
[1] S. Hayami, H kusunose, and Y. Motome, Phys. Rev. B 90, 024432 (2014)など.
[2] H. Saito et al., J. Phys. Soc. Jpn. 87, 033702 (2018).
[3] S. Hayami, H kusunose, and Y. Motome, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 053705 (2016).

P1-020C ＜固体物理（誘電体、半導体等、B以外）＞
PF BL-7C

共鳴 X 線ラマン散乱による
SrTiO3 の電子構造の温度依存性
Temperature Dependent Electronic Structure of SrTiO3
by means of Resonant X-ray Raman Scattering.
高橋瑞樹 1、上出晴輝 1、野澤俊介 2、中島伸夫 3、岩住俊明 4、手塚泰久 1、1
弘前大院理工、2 物構研 PF、3 広島大院理、4 大阪府大院工Intensity (arb.unit)

Intensity (arb.unit)

ペロブスカイト型酸化物 SrTiO3 (STO)
は、絶対零度まで常誘電性を示すことが知られている。また、105K でゾーン境界
SrTiO3(100)型の構造相転移をするが、物性の変化は
Ti K XAFS
20
小さい。一方で、強誘電体 BaTiO₃では、
10RT1
強誘電相転移において、Ti-O 間の共有結合が大きな影響を与えていることが確認 4960 4970 4980 4990 5000 5010
Photon Energy (eV)されている。本研究では最も基本的なペ 図 1 SrTiO3(100)の Ti K 吸収スペ
ロブスカイト構造を持っている STO の電 クトル子構造の温度依存性の研究を行った。Ti
L
LⅢ
RT
SrTiO3(100)eg Ⅱ
Kα1 t2g
K 吸収端付近において Ti 2p3d 及び Ti 2p4p
40K
eg t2gTi K XRS Kα2励起（下線は正孔の意）による共鳴ラマン散乱(XRS)[1,2]とそれらの温度依存性の20測定を行った。測定は KEK•PF の BL-7Cで行い、試料は単結晶(100)面を用いた。
図 1 は、STO(100)の Ti K 吸収スペクト10ルである。4980 eV 以上の主構造は Ti 4p構造であり、吸収端構造は Ti 3d 構造を反映している。縦線で示したエネルギーでTi 3d 共鳴 XRS の測定を行った。
480
470
460
450
Raman Shift (eV)
図 2 は、Ti 3d 共鳴 XRS スペクトルであ
図
2
SrTiO
3(100)の Ti K 共鳴 XRSる。発光スペクトルを励起エネルギーかの温度依存性らのエネルギーロス(Raman Shift)で表している。エネルギー一定で表されているのがラマンピークであり、蛍光ピークは移動するように表されている。
ここでは、結晶場で分裂している Ti 3d の t2g と eg ピークが観測されており Ti 3d 共鳴時に温度依存性を示している。これは、温度変化により Ti-O
共有結合性が変化していることを表している。講演では、105K における構造相転移と電子構造の関係を詳細な結果とともに発表する予定である。
[1] Y. Tezuka, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 83, 014707 (2014).
[2] Y. Tezuka, et al., J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 220, 114-117 (2017).

P1-021C ＜固体物理（誘電体、半導体等、B以外）＞
PF･BL6C

蛍光 X 線ホログラフィーによる A サイト秩序型ペロブス
カイト CaCu3Ti4O12 の局所構造の研究
Local Structure Study of A-site Ordered Perovskite
CaCu3Ti4O12 by means of X-ray Fluorescence Holography
上出晴輝 1、任皓駿 1、渡辺孝夫 1、八方直久 2、木村耕治 3、林好一 3、細川伸也 4、手塚泰久*1
1
弘前大院理工、2 広島市大情報、3 名工大院工、4 熊本大院先端A サイト秩序型ペロブスカイト
CaCu3Ti4O12 (以下 CCTO)は、100K~600K の温度領域で ε～10⁴と巨大な誘電率を示す一方で、約 100K 以下で構造相転移を伴わず誘電率が急激に減少する誘電異常を示すことが報告されている[1]。しかし、誘電率異常の本質は未だ明らかになっていない。我々は、これらの誘電異常を理解するために電子構造の研究が重要であると考え、これまで Ti K
および Cu K 共鳴 X 線ラマン散乱（XRS）と 図 1: 室温での Cu Kα XFH に
それらの温度依存性や方向角依存性、Ti 2p, よる最近接 Ti の原子像。
Cu 2p, O 1s 共鳴 XRS の測定を報告してきた[2-4]。本研究では、蛍光 X 線ホログラフィー(XFH)を用いて、CCTO の局所結晶構造の研究を行った。実験は、Photon Factory BL-6Cで行い、試料は単結晶 CCTO の(100)面を用いた。これまでに行った室温と誘電異常温度以下の 80K での測定に加えて、誘電異常温度直上の 120K で測定を行った。
図 1、2 は、それぞれ室温と 80K における、
Cu Kα 蛍光 XFH で得られた最近接 Ti 面の原 図 2: 80K での Cu Kα XFH に子像である。X 線回折実験[5]による原子位置 よる最近接 Ti の原子像。
が白丸で示してある。XFH は原子位置をほぼ再現しているように見えるが、室温で一部に一致しない像が見られる。これは、XRD では得られな
かった局所構造を観測したと考えられる。講演では、誘電異常温度前後での局所構造の温度依存性の詳細を報告する予定である。
[1] A.P. Ramirez, et al., Solid State Commun., 115, 217 (2000).
[2]手塚他、量子ビームサイエンスフェスタ 186 (2016), 025(2017), 013C(2018)[3] Y.Tezuka, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 83, 014707 (2014)[4] Y.Tezuka, et al., J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 220, 114-117 (2017).
[5] B.Bochu, et al., J. Solid State Chem.29,291 (1979).

P2-015C ＜固体物理（誘電体、半導体等、B以外）＞
MLF-BL19

Cu-Pd-Fe 三元合金の規則・不規則相転移 II
Order-disorder phase transition in Cu-Pd-Fe ternary alloys II
高橋美和子 1 , 宮崎 亮 2 , 川崎卓郎 3 , ハルヨ ステファヌス 3 , 山田 武 4
筑波大数理物質 1 , 筑波大応用理工 2 , JAEA J-PARC3 , 総合科学研究機構 4
Cu-Pd 合金は fcc を基本格子とする固溶合金であるが、Cu 高濃度領域で Cu3 Au 型、Cu3 Au型由来の低次元長周期構造、および CsCl 型と組成によって様々な規則格子を形成し、その相図は複雑である。特に Pd 濃度 xPd =40(at%) 近傍で生じる fcc の不規則相 (α 相）と bcc を基本格子とする CsCl 型構造の規則相 (β 相）間の規則・不規則相転移は、原子の配列変化のみならず格子そのものの大きな変形を伴う特異な相転移である。また xPd =40 は α-β 相転移の転移温度 Tc が最大となる組成であるが、これは CsCl 型構造が最も安定とされる 1:1 組成から Cu 組成側に大きくずれている。α-β 相転移については数多くの研究報告があるが未だそのメカニズムは明確では無い。本研究では高温相に fcc 構造、低温相に bcc 構造を有する Fe に着目し、Cu-Pd 合金に Feを低濃度で固溶させた Cu-Pd-Fe 合金について、Fe が相転移現象にどのような影響を与えるかを
中性子回折測定により調べた。図１に J-PARC・MLF の BL19 に設置された工学材料回折装置「匠」を用いた高温 in-situ 測定の結果を CsCl 型構造を規則格子とする Cu57 Pd38 Fe5 ((a))、および Cu3 Au 型構造を規則格子とする Cu66 Pd24 Fe10 ((b)) の２試料について示す。(a) では β 相は
常に α 相と共存し、β → α 相転移は Cu-Pd 合金の相境界温度 Tc 0 より高温側の広い温度領域で起きていることを示している。一方、(b) では転移温度に幅はみられず、相転移は典型的な一次相転移の様相を示している。これらの結果は Cu-Pd 合金において、CsCl 型と Cu3 Au 型では規則格子の形成メカニズムが異なり、従って Fe が相転移に与える効果が違うためと考えられる。

(b)

(a)
-2

10

4

5

2
Cu57Pd38Fe5
CsCl(110)
fcc(111)

0

0
500

600

700
o

Temperature ( C)

800

900

Intensity (arb. units)

6

1000

Tc

8

800

6

600

4

400

2

200

Cu66Pd24Fe10
Cu3Au(110)fcc(111)
0
400

450

500

550

600

Intensity (arb. units)

15

400

10

Tc 8x10

Tc0

Intensity (arb. units)

Intensity (arb. units)

20

0
650

o

Temperature ( C)

図 1 (a)Cu57 Pd38 Fe5 の CsCl 型 構 造 お よ び fcc 構 造 か ら の 反 射 強 度 の 温 度 依 存 性 。

(b)Cu66 Pd24 Fe10 の Cu3 Au 型規則格子反射、および基本格子 (fcc 構造）反射強度の温度依存性。

P2-016C ＜固体物理（誘電体、半導体等、B以外）＞
MLF-BL14

β-Sn におけるフォノン分散関係の観測
Phonon dynamics in β-Sn
高橋美和子 1 , 河村聖子 2 , 中島健次 2
筑波大数理物質 1 , JAEA J-PARC2β-Sn で観測される異方的な散漫散乱の起源、及びこれと α-β 構造相転移との関係を調べるた
めに β-Sn 単結晶の非弾性散乱測定を J-PARC MLF の BL14 に設置された冷中性子ディスク
チョッパー型分光器 AMATERAS を用いて行った。β-Sn の単結晶回折測定では HHL 面上に筋状の散漫散乱が観測されているが、これとほぼ同様の強度分布が同じ逆格子面で測定した非弾性散乱強度分布に観測され、この異方的な散漫散乱がフォノンに起因する熱的なものであることが示唆された。また α-β 相転移過程において、この筋状の散漫散乱が現れる z.b. 上 の X 点に超格子反射的なピークの出現が観測されているが、このピークが今回の測定において非弾性散乱成分として観測された。これらの散乱の起源を明らかにするために、AMATERAS で得られたスペ
クトルと β-Sn におけるフォノン分散の計算結果との比較を行った。超格子反射的なピークが観測される筋状の散漫散乱に沿った HH1 逆移格子ラインについて、AMATERAS で得られたエネ
ルギースペクトルを図 1 に示す。実線と点線は第一原理計算結果による分散関係である。測定ス
ペクトルには X 点での超格子反射的ピークに由来する低エネルギー化したモードが観測されているが、計算結果の分散関係にはこのような低エネルギー化したモードはみられない。相転移過程で出現した X 点ピークはフォノンのソフト化由来である可能性が考えらえるが、非弾性散乱で観測された X 点ピークについては装置分解能の影響も検討する必要がある。今後、相転移におけるフォノンのソフト化現象をさらに明らかにするために、相転移過程におけるフォノンの測定、!

α-Sn 単結晶によるフォノン測定が必要である。

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β-Sn Q-E
HH1 line, R.T.
Ei = 7meVAMATERAS

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M

X

M

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図 1：AMATERAS で得られた HH1 逆移格子ライン上のエネルギースペクトル。
実線と点線は第一原理計算により得られた分散関係を示す。

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3 1!

3!12

12

P2-017C ＜固体物理（誘電体、半導体等、B以外）＞
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P2-018C ＜固体物理（誘電体、半導体等、B以外）＞
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Electric Field Response of the Electronic States ofBarium Titanate studied by Time-Resolved X-Ray
Absorption Spectroscopy utilizing SDD Time Stampsຍ⸨┒ஓ䠍䚸䚽୰ᓥఙኵ䠍䚸㻌㊊❧⣧୍䠎䚸ோ㇂ᾈ᫂䠎䚸ṊᕷὈ⏨䠎䚸୹⩚ᑚ༤䠎䞉Ᏻ஭ఙኴ㑻䠏䠈䠐㻌䠍㻌 ᗈᓥ኱㝔⌮䚸䠎㻌 㻷㻱㻷㻙㻼㻲䚸䠏㻌 ᮾᕤ኱䝣䝻䞁䝔䜱䜰◊䚸䠐㻌 ᮾᕤ኱ඛᑟཎ◊㟁Ꮚ≧ែ䛾እ㒊㟁ሙ䛻ᑐ䛩䜛ᛂ⟅䛿䚸ᙉㄏ㟁య䛾ㄏ㟁≉ᛶ䜢⌮ゎ䛩䜛ୖ䛷䜒䛳䛸䜒ᇶᮏⓗ䛺ㄢ㢟䛷䛒䜛䚹ᡃ䚻䛿䚸䠑ᖺ䜋䛹䛛䛡䛶䝇䝔䝑䝥䝇䜻䝱䞁䝰䞊䝗䛻䜘䜛䠴⥺྾཰ศගἲ䠄XAS䠅䜢ᨵⰋ䛧䛯᪂䛯䛺᫬㛫ศゎ ᐃἲ䜢㛤Ⓨ䛧䛶䛝䛯䚹༙ᑟయ䠴⥺᳨ฟჾ䠄SDD䠅䛾ಙྕฎ⌮䛻⏝䛔䜙䜜䜛䝕䝆䝍䝹ಙྕฎ⌮ᅇ㊰䠄DSP䠅䛾䝍䜲䝮䝇䝍䞁䝥䜢ྲྀ䜚䛣䜌䛩䛣䛸䛺䛟඲䛶ά⏝䛩䜛䛣䛸䛷䚸஺ὶ༳ຍ㟁ሙ䛻ྠᮇ䛧䛯᫬㛫ศゎ XAS ᐃ㻔TR-XAS㻕䛜ྍ⬟䛻䛺䛳䛯䚹᪂䛯䛻㛤Ⓨ䛥䜜䛯 TR-XAS ἲ䛿䚸䛩䛷䛻 BL15A1 䛾ᶆ‽ ᐃ䝥䝻䜾䝷䝮䛻⤌䜏㎸䜎䜜䛶䛚䜚䚸ᕼᮃ䛩䜜䜀ㄡ䛷䜒฼⏝䛩䜛䛣䛸䛜ྍ⬟䛷䛒䜛䚹䜎䛯䚸௚䛾
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図 BaTiO3 の Ti K 吸収端 XAS

P2-019C ＜固体物理（誘電体、半導体等、B以外）＞
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Crystal structure and the origin of spontaneouspolarization in multiferroic Tb2(MoO4)3㮵ෆᩥோ 1,㻌 Lee Sang Hyun2, ⴗཎ㞞ே 2, 㫽ᒃ࿘㍤ 2, ⚄ᒣᓫ 2
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Tb2(MoO4)3 (TMO)䛿ከ䛟䛾◊✲䛜䛺䛥䜜, TC=432 K 䛷䝋䞊䞁ቃ⏺ M Ⅼ䛾䝋䝣䝖䝰䞊䝗䛷 2 ಸ࿘ᮇᵓ㐀䛻┦㌿⛣䛧(𝑃4̅21 𝑚 → 𝑃𝑏𝑎2), ⮬Ⓨศᴟ P, ⮬Ⓨṍu 䜢⏕䛨䜛㛫᥋ᆺᙉㄏ㟁䞉ᙉᙎᛶయ䛸䛧䛶▱䜙䜜䜛. 䛧䛛䛧䛺䛜䜙, 䝌䞊䞁ቃ⏺
䛾஺஫䛾ཎᏊኚ఩䛷 P 䛜ㄏ㉳䛥䜜䜛ᶵᵓ䜔䛹䛾ᵝ䛺䝣䜷䝜䞁䝰䞊䝗䛛䛿᫂䜙䛛䛷䛿䛺䛔. 䜎䛯, ᭱㏆ TMO 䛾 II ┦(ᙉㄏ㟁┦)䛻䛚䛔䛶እ㒊☢ሙ䛷 P 䛜䝇䜲䝑䝏䛩䜛 ME ຠᯝ䛜ሗ࿌䛥䜜䛯. ඹᙺ䛺」⣲᪤⣙⾲⌧(↓☢ሙ䛷⦰㏥)䛜✵㛫⩌䛾ኚ໬䛻㛵୚䛩䜛஦䛛䜙䜒, ᙉㄏ㟁䞉ᙉᙎᛶ䜈䛾ఱ䜙䛛䛾☢Ẽⓗᶵᵓ䛾㛵୚䛜ᙉ䛟♧၀䛥䜜䜛. 䛣䜜䜢᫂䜙䛛䛻䛩䜉䛟 J-PARC BL08 㧗ศゎ⬟୰ᛶᏊ⢊ᮎᅇᢡ⿦⨨ Super-HRPD 䛷 13-300 K 䛷 TMO 䛾ᅇᢡᐇ㦂䜢⾜䛔, ⢭ᐦᵓ㐀ゎᯒ䜢⾜䛳䛯. 䜎䛯, ஦๓䛻ᑐ⛠ᛶ䛾ゎᯒ䛛䜙ୖグ」⣲᪤⣙⾲⌧䛾ᇶᗏ㛵ᩘ䛸䛺䜛ཎᏊኚ఩䞉☢Ẽᵓ㐀䜢ồ䜑䛯. ୺せ䛺ཎᏊ㛫㊥㞳䛻᭷ព䛺 ᗘኚ໬䛜↓䛔୍᪉䛷, MoO4 ᅄ㠃య䛾ᅇ㌿ゅ䛿䜸䞊䝎䞊䝟䝷䝯䞊䝍䛾ᵝ䛻኱䛝䛟ᗘኚ໬䛧(ᅗ(a)), ᇶᗏ㛵ᩘ䛸䛺䜛ཎᏊኚ఩䛸୍⮴䛩䜛. ᇶᗏ㛵ᩘ䛸䛺䜛☢
Ẽᵓ㐀䛿, Tb-Tb 䝎䜲䝬䞊䛷䜻䝱䞁䝖䛧䛯䝇䝢䞁䜹䝺䞁䝖䝰䝕䝹䛭䛾䜒䛾䛸䜒ゝ䛘䜛☢Ẽᵓ㐀䛷, ᙜึ II ┦䛷䛾☢Ẽᵓ㐀䜢ᮇᚅ䛧䛯䛜☢Ẽᵓ㐀䛿↓䛛䛳䛯.
䜎䛯ṇ㈇䜲䜸䞁䛾㔜ᚰ㊥㞳䛻䜒ኚ໬䛜ぢ䜙䜜䛪(ᅗ(b)), 4.2 K 䜎䛷㣬࿴䛩䜛䛣䛸䛺䛟ቑຍ䛩䜛 P 䛾ᐇ㦂್䛿ཎᏊኚ఩䛷䜒ㄝ᫂୙ྍ⬟䛷䛒䜛. ᚑ䛳䛶, ཎᏊኚ఩䜔☢Ẽᵓ㐀௨እ䛾 P 䛾㉳※䛜ᚲせ䛸䛺䜛. 䛣䜜䜢ゎỴ䛩䜉䛟⤖ᬗሙ䜢ຍ䛘䛯䝝䝭䝹䝖䝙䜰䞁䛛䜙ᚓ䜙䜜䜛 2J+1=13 ಶ䛾‽఩䜢ศ㓄㛵ᩘ Z 䛻௦ධ䛧⮬⏤䜶䝛䝹䜼䞊F 䜢ồ䜑, 𝑀 = −𝜕𝐹 ⁄𝜕𝐻 , 𝑃 = − 𝜕𝐹 ⁄𝜕𝐸 䛷ᐃ⩏䛥䜜䜛 2 ḟ MEຠᯝ䜢ᑟධ䛧䛯. M, P 䛜☢ᛶཎᏊ䛾ບ㉳‽఩䛾☢ሙ, 㟁ሙᚤศ䛻ᖐ╔䛩䜛䛯䜑 (H, E 䛜ኚ໬)䊻(‽఩䛜ኚ໬)䊻(P, M 䛜ኚ໬)䛸ඹ㏻䛾‽఩䜢௓䛧䛶 ME䛿஺ᕪ䛧䛺䛜䜙䜒, M=0 䛷 P䍴0 䛾ゎ䜢ᣢ䛴஦䛜ฟ᮶䜛. Pba2 䛿୍⯡➼౯఩⨨ᩘ䛜 4 䛷䛒䜛䛾䛷 4 sub(c)(a)
lattice model 䛸䛧ྛ๪᱁Ꮚ䛾M, P 䜢䝉䝹䝣䝁䞁䝅䝇䝔䞁䝖䛻ồ䜑䜛䜘䛖䛻䛧䛯.㻌 ྛ๪᱁Ꮚ
䛾 P 䛜⤖ᬗሙ䛾᪉ྥ䠄ᅗ(c)䠅
(b)䜢ྥ䛟䛾䛜⌮᝿䛷䛒䜛䛜, ⌧≧䛭䛣䜎䛷䛻䛿⮳䛳䛶䛔䛺䛔.

P2-020C ＜固体物理（誘電体、半導体等、B以外）＞
㻹㻸㻲㻙㻮㻸㻝㻞㻌䝬䝹䝏䝣䜵䝻䜲䝑䜽 㼀㼎㻞㻔㻹㼛㻻㻠㻕㻟 䛾⤖ᬗሙບ㉳䛸☢Ẽ‽ᙎᛶᩓ஘㻌
Crystal field excitation levels and magnetic QENS
in multiferroic Tb2(MoO4)3㮵ෆᩥோ 1, ⩚ྜᏕᩥ 2, ᶓᑿဴஓ 2, ఀ⸨᫴୍ 2
1↓ᡤᒓ, 2KEK ≀ᵓ◊㻌 Tb2(MoO4)3 (TMO) 䛿 TN=0.45 K 䛷཯ᙉ☢ᛶ┦㌿⛣䛩䜛. እ㒊☢ሙ䛾ቑຍ䛸ඹ䛻཯ᙉ☢ᛶ┦㌿⛣䛾ẚ⇕䛾䝢䞊䜽䛿ప ഃ䛻䝅䝣䝖䛧ᾘኻ䛧, ௦䜟䜚䛻䝅䝵䝑䝖䜻䞊ᆺ䛾䝢䞊䜽䛜⌧䜜㧗 ഃ䛻䝅䝣䝖䛩䜛. 4.2 K 䛷䛿 10 kOe ⛬䛾ഹ䛛䛺☢ሙ䛷☢໬䛿㣬࿴䛧␗᪉ᛶ䜢♧䛩. 䜎䛯 T<78 K 䛷, እ㒊☢ሙ䛷 P 䛜䝇䜲䝑䝏䛩䜛 ME ຠᯝ䜢♧䛩. 䛣䜜䜎䛷, 䛣䜜䜙䛾☢Ẽⓗᛶ㉁䛜⤖ᬗሙ䛷Ⰻ䛟ㄝ᫂䛥䜜䜛஦䜢ሗ࿌䛧䛶䛝䛯. 䛧䛛䛧䛺䛜䜙, ィ⟬䛻⏝䛔䛯⤖ᬗሙ‽఩䛿௚≀㉁䛾ᩥ⊩್䜢 TMO 䛾 Tb3+䛾 site symmetry 䛷䛒䜛 C1 䛾䝝䝭䝹䝖䝙䜰䞁䛷䝣䜱䝑䝖䛧䛯௬᝿ⓗ䛺䜒䛾䛷ᐇ㝿䛾 TMO 䛾⤖ᬗሙ‽఩䛿୙᫂䛷䛒䛳䛯. 䛣䜜䜢᫂䜙䛛䛻䛩䜉䛟 J-PARC BL12 㧗ศゎ⬟䝏䝵䝑䝟䞊ศගჾ HRC 䜢⏝䛔䛶 3-300
K 䛾 TMO 䛾୰ᛶᏊ㠀ᙎᛶᩓ஘䝇䝨䜽䝖䝹䜢 ᐃ䛧䛯. 䝬䝹䝏 Ei ᐃ䛜ᙉຊ䛷, ᭱ప 䛷 8 ✀㢮䜒䛾 Ei, ከᩘ䛾 ᐃ ᗘ䛷䛾䝬䝑䝥䛜ᚓ䜙䜜䛯. ᅗ䛿ᚓ䜙 䜜 䛯 Ei=26.3 meV 䛾 䝬 䝑 䝥 䛷 䛒 䜛 . 3K 䛻 䛚 䛔 䛶 5, 7 meV ௜ ㏆ 䛻
nondispersive 䛺⤖ᬗሙ‽఩䛜ほ 䛥䜜䛯. ᗘୖ᪼䛸ඹ䛻䜌䜔䛡, ௦䜟䜚䛻☢Ẽ‽ᙎᛶᩓ஘䛜⌧䜜䜛.㻌 ྠ᫬ ᐃ䛧䛯䜘䜚㧗ศゎ⬟䛾 Ei=8 meV 䛾䝕䞊䝍䛷ゎᯒ䛩䜛䛸, ‽ᙎᛶᩓ஘䛿ప 䛻ྥ䛛䛳䛶ᖜ䛜⊃䛟䛺䜚ᙉᗘ䛜ቑ኱䛩䜛.
䛣䛾⤖ᯝ䛿㧗 䛷䝷䞁䝎䝮䛻ື䛔䛶䛔䛯 Tb3+䛾☢Ẽ䝰䞊䝯䞁䝖䛜 ᗘపୗ䛸ඹ䛻᪉ྥ䜢䛭䜝䛘⤖ᬗሙ‽఩䜢ᙧᡂ䛩䜛ᵝᏊ䜢♧䛧䛶䛔䜛. 3 K 䛷䛾⦆࿴᫬㛫䛿䛚䜘䛭 40 ps 䛷䛒䜛. ᐃ䝕䞊䝍䛜䛺䛔䜒䛾䛾, 䛣䛾‽ᙎᛶᩓ஘䛿㧗䛻ྥ䛛䛳䛶ᖜ䛜ᗈ䛟䛺䜚ᙉㄏ㟁┦㌿⛣ ᗘ TC=432 K 䛷 B.G.໬䛧ᾘኻ, ㏫䛻ప 䛾཯ᙉ☢ᛶ┦㌿⛣ ᗘ TN 䛷☢Ẽ䝰䞊䝯䞁䝖䛜䜸䞊䝎䞊䛩䜛䛸ண᝿䛥䜜䜛.
௚䛾䝕䞊䝍䜒ྵ䜑䜛䛸 16 䛾ບ㉳‽఩䛜ᚓ䜙䜜, 䛣䛾䛖䛱 0, 3.52, 5.23, 7.12,
9.00, 10.34, 18.7, 25.3 meV 䜢 q ౫Ꮡᛶ䛛䜙⤖ᬗሙ‽఩䛸䜰䝃䜲䞁䛧䛯. 䛣䜜䜢
2J=12 ḟ䜎䛷䛾䝝䝭䝹䝖䝙䜰䞁䜢⏝䛔䛶⤖ᬗሙ䝟䝷䝯䞊䝍䜢ồ䜑䛯. ᭦䛻 1
meV ௨ୗ䛻䜒䛖୍䛴‽఩䛜䛒䜛䛸ண᝿䛥䜜䜛.
⌧ ≧ , 䛣䛾 㡰 ఩ 䜢 ᇶ 䛻ㅖ≀ᛶ䛾ィ⟬䜢ヨ䜏䛶䛔䜛䛜, P䍴0, M䍴0 䛷‽఩㛫㝸䛜ᗈ䛜䜚 ᐃ್䛸ྜ䜟䛺䛔䛸䛔䛖ㄢ㢟䛜ṧ䛳䛶䛔䜛.

P2-021C ＜固体物理（誘電体、半導体等、B以外）＞
㻰㻝㻛㻶㻙㻼㻭㻾㻯㻌㈇䝭䝳䜸䞁䝇䝢䞁ᅇ㌿⦆࿴ἲ䛷ど䜛 㻹㼓㻴㻞 䛾ෆ㒊☢ሙ㻌䛾 ᗘ౫Ꮡᛶ
Negative-muon spin rotation and relaxation for MgH2
ᮡᒣ㻌 ⣧䚸㻭 㧨ᮏ㻌 ர䚸㻮 ➉ୗ⪽ྐ䚸㻮 ᖾ⏣❶ᏹ䚸㻮 ୗᮧᾈ୍㑻䚸㻯 ୰㔝ᓅோ䚸㻌㻰஧ᐑ࿴ᙪ䚸㻱 ஂಖㅬဢ㻌⥲ྜ⛉Ꮫ◊✲ᶵᵓ䚸㻭 ཎ◊ඛ➃◊䚸㻮 㧗䜶䝛◊䚸㻯 Ⲉᇛ኱䚸㻌㻰㜰኱䚸㻱 ᅜ㝿ᇶ╩ᩍ኱ 㻌【目的】大強度のパルスミュオンビームと多素子検出器の組み合わせは、
ミュオンスピン回転緩和（µSR）測定の計数速度を大きく増加させた。この結果、高統計測定が必要な「負ミュオンを用いたµ-SR法」でも、固体内の核磁場を調べることが可能となった[1]。第1報である水素貯蔵材料MgH2の室温測定に引き続き、MgH2内の核磁場の温度依存性をµ-SRで調べる。
【実験】測定試料には市販のMgH2粉末（約16g）を用いた。µ-SRスペクトルを、J-PARC MLF内ミュオン施設MUSEのD1ラインで測定した。測定温度範囲
10-450Kだった。

-1

Δ (μs )

0.6
0.4
0.2

predicted ∆
MgH2
μ SR
2019 2nd2019 1st

(a)

0
0.6
-1

ν (μs )

【結果】図１に横磁場・零磁場・縦磁場中で測定したµ-SRスペクトルを解析して求めたMgH2 の核磁場分
布幅（D）と核磁場揺動速度（n）の温度依存性を示す。測定温度範囲
では、Dは温度に依存せず一定で、その値はMg位置に水素が作るDの予測値とほぼ一致した。nも300K以
下では温度に依存しないが、300K
以上では温度とともに増加した。
これは水素が徐々に動的になることを示した。以前のµ+SR[2]と 1HNMR[3]の結果と比較すると、水素の運動の起源は拡散ではなく、振動・回転と考えられる。

0.4
0.2
0
0

(b)

100 200 300 400 500[1] J.Sugiyama 等 , Phys. Rev.
TEMPERATURE (K)
Lett. 121, 087202 (2018).
図１: µ-SR測定で見積もったMgH2の[2] J.Sugiyama等, Sustainable(a)核磁場分布幅（D）と(b)核磁場
Energy & Fuels 3, 956 (2019).
[3] R.L.Corey等, J. Phys. Chem. 揺動速度（n）の温度依存性。(a)の破線はMg位置におけるDの計算予測
C 112, 19784 (2008).
値。

P2-022C ＜固体物理(誘電体, 半導体等, B以外)＞

第一原理計算によるミュオンサイト推定の信頼度

Reliability of muon site estimation using first-principle
calculations
平石雅俊 A ，李華 A ，岡部博孝 A ，幸田章宏 A,B ，小嶋健児 C ，下村浩一郎 A,B ，⃝

門野良典 A,B
KEK 物構研 A ，総研大 B ，TRIUMFC
ミュオンスピン回転（µSR）法は、対象物質中に注入・停止させたミュオン（µ+ ）のスピン偏極の回転・緩和を観測することでその物性を調べる手法であり、得られる結果の精密な解釈においてはミュオンサイト（単位結晶格子におけるミュオンの原子位置）の情報が重要になる。ミュオンは電子の約 200 倍の質量を持ち、断熱近似の範囲では水素（H）の軽い同位体＝擬水素と見做すことができるので、この問題は 擬水素のとしてのミュオン（Mu と表記）の振る舞いを理解することと同等である。Mu の局所電子状態の精密な評価は依然として専門の理論家の領分にあるものの、近年の計算環境の大幅な改善と第一原理計算手法のプ
ラットフォーム化により、限られた精度の範囲では実験家でも汎用計算コードによる評価が行える状況になりつつある。
そこで我々は、H の格子間への導入に伴う全電子エネルギー E(rH ) の変化に着目し、これまで µSR 測定が行われた物質約 10 種類について E(rH ) が最小となるサイト（＝予想される H/Mu サイト）を汎用の第一原理計算プログラム（VASP/OpenMX）で探索するとともに、µSR から得られた情報との整合性を検証した（図 1 は TiO2 の例）。その結果、この手法が酸化物などに対して比較的高い信頼度を示すことが明らかになったので詳細を報告するとともに、当該手法のVASP
TiO +H!
2

効用と限界について議論する。






!"
-54.6 -54.4

25

-54.2

図1

ab#z=0

4.1
-5

0.0
0.0

0.2

-53.6
-54.25-54.775
0.4

-5
4.

-54.3

-54

-5
-55.3

-55.325

-54.4

0.6

-53.3

0.2

12

= -53 75
r O -55.04.425-53.375-54.3-54.15 -54
1
4.
.1
-5
-53

5

4
10 .35
0. .82-553-55.3-54.75-55.325-54.75

5

Ti-54.72

rTi = 0.226 nm

nm

-54.2

H

0.4

5

.22
-54
.1
-55
-55.3

-53.325

.15

Ti

=

09

-53.7 -54.1

-54

rO

1
0.

-5
5
-54.22
.45
-54
25
.0
-55
-55.325.3-55-54.75

25
-54.0
5
.67
-54

O

nm

-54.425

0.6

4
-5
25
4.1

5
5.07
-5
-55.325

.55

0.8

-54

-53.9

1.0

0.8

1.0

ルチル中で実験から示唆される H/Mu サイト（左）、および全電子エネルギー計算の結果（右）。

P2-023C ＜固体物理（誘電体、半導体等、B以外）＞
㻌MLF-BL18

λ-(BETS)2FeCl4 の強誘電・磁気・金属転移と構造解析
Crystal structure oforganic conductor λ-(BETS)2FeCl4 by SENJU
野田幸男 1，中尾朗子 2，石川喜久 2，渡邉真史 1，嶋田一雄 3，西尾豊 3（1 東北大・2 CROSS・3 東邦大）
有機導体λ-(BETS)2FeCl4 [BETS=C10Se4S4H8]は 8.3K で金属絶縁体転移を行うが、同時に強誘電相転移と反強磁性転移も起こるとされている(図 1)。しかしながら、低温相での構結晶造や磁気構造の 報 告 は な い 。 J-PARC のBL18-SENJU で結晶構造解析
図.1 λ-(BETS)2FeCl4 の相図を行った(2018A0189)。有機導体
は一般的に大きな結晶が出来ない。図 2 に示した
4.5x0.1x0.08mm3(0.04mm3)が最大の大きさであり、中性子実験としては異例の小ささである。513kW のパワーで T=70K と 4K の温度でデータを取得した。格子定数は(a,b,c,α,β,γ,V)=15.90(1),18.38(1), 6.560(7), 98.87(7),95.66(8), 112.20(6), 1728(2)であった(z=2)。
図.2 使用した単結晶
ま ず 、 4K で は 磁 気 反 射 は 現 れ な か っ た 。
3+
Fe (S=5/2)でいくつかの反強磁性秩序を仮定したシミュレーションでは核反射と比較して十分な磁気反射強度が期待されるので、Fe の磁気モーメントの秩序化はさらに低温(3K 以下)で現れると考えられる。結晶構造として、4K では高温相の空間群 P-1 で普通に解けて、R(F)= 9.84% (No.Ref/No.Para=1508/235)であった。一方、低温相で期待される P1 にするとパラメータ数が多すぎて収束しなかった(No.Para=463)。70K の構造は、温度因子を原子種で同じとしてパラメータ数を減らしたときでも、R(F)=8.99%(No.Ref/No.Para=1111/184)であった。
4K の構造として、70K で得られた構造の剛体分子モデルを用いて解析した。
温度因子は原子種で同じとした。P-1 では R(F)= 11.66% (No.Ref/No.Para=
1508/31)、P1 では R(F)= 11.49% (No.Ref/No.Para= 1508/49)であり、R 因子だ
けでは強誘電相としての P1 の優位性はそれほど主張できない段階である。
得られた強誘電相転移での分子変位や詳しい構造はポスターで発表する。

P1-022D ＜固体化学, 物性科学＞
MLF-BL03

X 線・中性子線回折によるジベンゾバレレン誘導体の結晶相フォトクロミズムのその場観察
Photochromism of dibenzobarrelene derivatives:in situ observation by X-ray and neutron diffraction
橋場大弥, 細谷孝明

茨城大工

ジベンゾバレレン誘導体(DBB,下図参照)は、固相、溶液中でフォトクロミズム
をおこすことが知られており、溶液中で光を照射することにより、ジ-π-メタン
転位、トリ-π-メタン転位、[2+2]光環付加反応、Norrish TypeⅡ
反応など様々な反応が同時に起こることが報告されている。［1］
最近のグループ内の研究では、結晶相反応における橋頭部置
換基（R2,R3）と反応様式の関連性に注目し、X 線回折によるフォ
トクロミズムのその場観察の結果から、1a（左表）では架橋部置換基(R1)のベンゾイル基のカルボニル酸素が橋頭部アルキル基の水素を引き抜いてはじまる Norrish TypeⅡが起こっていること
1
を明らかにした。［2］その一方で、1a においてはトリπ-メタン転位の反応中間体も確認されており、着色
R1R2R3体の化学種はどちらに相当するものか曖昧なままであった。そこで、ジベンゾバレレンのフォトクロミズムa
Ph CH3 COCH3の反応機構、色と着色体の構造を明らかにすることb
Ph CH3CH3を目的とし 1a から 1k まで 11 種類のジベンゾバレレ
c OMe CH3CH3ン誘導体を合成した。そのうちの一つに 1g という誘導体があり、これは光を照射することで無色から淡d
Ph
H COCH3[3]
青色への変化を確認することができた。 これまでのH
CH3傾向から、青、緑色への変化はトリ-π-メタン転位の e Ph
f OEt
H COCH3可能性が高いと予想できるが、収率が低く、合成量が少なかったため詳細な反応機構の解明には至ら
g OMe H COCH3なかった。そこで、様々な溶媒による還流、R3 のアセ h Ph CH3 CHO
チル基の C=O 結合をアセタール保護するなど有機i
Ph
H COCF3
化学の手法を取り入れより高い収率の合成経路を
j
Ph CF3
CF3
模索しつつ、1g のフォトクロミズムの機構を解明する
k
Ph
H
NO2
ことを目指している。
参考文献［1］ Danaboyina Ramaiah et al., Chem. Soc. Rev., 34, 48-57 (2005)［2］ Shihomi Okabe and Takaaki Hosoya, JPS Conf. Proc., 8 031014(2015)［3］ 中村 裕樹 H29 年度 修士論文

着⾊の
様⼦
緑
ピンク
ピンク
オレン
ジ
未確認
⻘
⻘

P1-023D ＜固体化学, 物性科学＞
MLF/BL03

光増感色素 BODIPY を配位子にもつコバロキシム錯体の包接結晶作成の試み
Inclusion crystal of cobaloxime complexes withphotosensitizer “BODIPY”
戸嶋涼、細谷孝明
茨城大院理工有機コバルト錯体であるコバロキシム
錯体は可視光を照射することで、結晶状態を保ったままアルキル基が異性化反応(Ⅰ)を起こす［1］。一方で近年、蛍光色素である BODIPY が配位したコバロキシ(Ⅰ)
ムが水素発生触媒として注目されている［2］。光照射により BODIOY からコバルトに電子が移動し、水溶液中のプロトンが水素に還元されるという機構が提唱されているが、詳しい反応機構は未だ解明されていない。本研究室ではこれまでに、BODIPY-コバロキシム錯体のアルキル基光異性化反応の X 線回折による直接観察に成功し、BODIPY によるアルキル基異性化促進を明らかにしてきた。本研究では、BODIPY-コバロ
キシムをゲストとした包接結晶を作成し反応を制御させることで、光照射に対する振る舞いの変化が化学的要因によるものか、結晶学的要因によるものか
解明することを目的としている。
ゲストとして 3-シアノプロピル-BODIPY-コバロキシム(3cp-BODIPY-Co)(1)、3-シアノプロピル-BODIPYde-コバロキシム(3cp-BODIPYde-Co)(2)、4 シアノ
ブチル-BODIPY-コバロキシム(4cb-BODIPY-Co)(3)を、ホストとしてβ-シクロ
デキストリン 、1,1,2,2-テトラキス(4-ヒドロキシフェニル)エタン(TEP)を用いて溶媒条件、再結晶条件を様々なパターンで行い結晶の調整を行った。本発表
では実施した結晶化方法やその結果について報告する。

［1］
［2］
(1)

(2)

(3)

Yuji Ohashi et al., Crystallography
Reviews, 2013, Vol19.
J. Bartelmess et al., Inorg,
Chem.,2014, 53, 4527-4534.

P1-024D ＜固体化学, 物性科学＞
MLF-BL03

BODIPY-コバロキシム錯体の溶媒和結晶と光反応
Photoirradiation Behavior of Solvated Crystalline
Forms of BODIPY-Cobaloxime Complexes
荒井淳志、細谷孝明(茨大院理工)平面状にジメチルグリオキシムが配位し、軸状にアルキル基と塩基が配位した有機コバルト錯体であるコバロキシム錯体
は、アルキル基が光照射により単結晶状態を維持したまま異性化することが過去に報告されている[1]。また近年、蛍光色素
図 1 4cb 基の異性化反応[2]である BODIPY の誘導体を配位したコ
バロキシム(BODIPY-コバロキシム)が光照射による水素発生触媒として注目されている[3]。この反応は、BODIPY からコバルトへの電子の移動が要因とされているが、メカニズムは解明されていない。本研究室ではこれまで 3cp(シアノプロピル)-BODIPY-Co(コバロキシム)において、BODIPY による異性化反応の促進の観察に成功している。本研究ではアルキル基、BODIPY 部の構造を変更し、BODIPY-コバロキシム錯体の光反応から、BODIPY のコバロキ
シム錯体への影響を解明することを目的とする。
4cb(シアノブチル)-BODIPYde(ジエチル)-Co を合成し、数種類の溶媒を用
い単結晶を作製したところ、結晶化溶媒を含む結晶が 5 種類得られた。いず
れも格子定数は近い値を取っており、溶媒周辺の空間のみが異なっていた。また、BODIPY 側鎖のエチル基の立体配座が溶媒ごとに異なっていた。これらの結晶に対して、まず、コバロキシム錯体の異性化に作用する 600 nm 以
上の光を照射し、構造の変化を単結晶 X 線構造解析で観察した。
単結晶ではシアノブチル基の異性化を確認することはできなかったが、配座に僅かな変化が観察された。結晶
内に結晶化溶媒が混在しているため、シアノブチル基周りの空間が圧迫され、異性化反応の進行を阻害したと考えられる。今後は BODIPY に作用する 530 nm 付近の光を照射し、構造の変化から BODIPY の影響を追跡する予定である。
図 2 4cb-BODIPYde-Co の構造[1] Y. Ohashi et al., Crystallogr, Rev., 2013, 19, 2-146.
[2]Takaaki Hosoya, et al., Bull. Chem. Soc. Jpn. 79, 5, 692–701 (2006)[3] J.Bartelmess et al., Inorg, Chem., 2014, 53, 4527-4534.

P1-025D ＜固体化学, 物性科学＞
MLF-BL03

BODIPY-コバロキシム錯体の結晶相ラセミ化
Photoinduced racemization, in crystalline-stateof BODIPY-cobaloxime complex
山崎望美、細谷孝明 （茨城大工）
有機コバルト錯体であるコバロ
キシムは、その単結晶に可視光をhν照射することで、結晶状態を保ったままアルキル基が異性化反応を≧600n起こすことが知られている [1]。まm
た近年では、BODIPY を配位させた（Ⅰ）
コバロキシムが水素発生触媒として働くことが注目されている[2]。この反応過程は BODIPY からコバルトに電子が移動することが報告されているが、その反応機構の詳細は解明されていない。本研究室では、BODIPY-コバロキシムの光異性化反応に対して、BODIPY が与える影響を観察することで BODIPY の電子供与のメカニズ
ムを解明を試みており、これまでアルキル基として 3-シアノプロピル基（3cp）が配位した BODIPY-コバロキシム錯体の光異性化反応の X 線回析による直接観察に成功し、BODIPY によるアルキル基異性化反応の促進を明らかにしてきた。そこで本研究では、アルキル基の異性化以外にも同様の 現 象 が お き る か を 調 べ る た め に 、 結 晶 相 光 ラ セ ミ 化 を 起 こ す 1cyanoethyl 基（1-ce）が配位したコバロキシム錯体 1ce-BODIPY-Co（Ⅱ）に注目し、1-ce と BODIPY を軸配位させた錯体の結晶相光反応及び X 線回析によるその場観察を目的とした。これまでに、1ce-Py-Co の合成に成功
し、本発表では合成実験の経過について報告する。
合成後、得られた結晶への光照射及びラセミ化・キラリティ反転反応の確認をしたい。
[1] Y. Ohashi et al.,Crystallogr, Rev ., 2013,19,
2-146.
[2]J. Bartelmess et al.,Inorg, Chem.,2014, 53,
4527-4534（Ⅱ）

P1-026D ＜固体化学, 物性科学＞
BL-27B

ウラン化合物添加による模擬ガラス固化体中のセリウム原子価への影響
Influence of cerium valence in simulated waste glass
by uranium compound addition
永井崇之１、岡本芳浩１、秋山大輔２、桐島 陽２、佐藤修彰２
１ JAEA、２ 東北大
我々は、ガラス固化体の基本組成であるホウケイ酸ガラスを対象に、ガラス組成や溶融条件によるガラス構成元素の化学状態等への影響を評価する研究を進めている。本研究は、高レベル放射性廃液を原料ガラスと混合してガラス化した際、廃液中に含まれる微量のウラン化合物がガラス固化体に含まれる廃液成分の化学状態へ与える影響を把握するため、模擬ガラス固化体試料中のセリウム及びウランの原子価状態を放射光 XAFS 測定により評価した。
測定に供した模擬ガラス固化体試料は、模擬廃液乾固物と原料ガラス粉末にウラン化合物を添加し、この混合粉末をアルミナ皿に載せてアルゴン-酸素混合ガスを掃気しながら 1150℃で 2 h 加熱した後、室温まで冷却して作製した。
模擬廃液と原料ガラスは、資源エネルギー庁事業の模擬廃液と現行の原料
ガラスを用い、ウラン化合物は廃液中の NaNO3 との生成が想定される重ウラン酸ナトリウム（Na2U2O7）を調製して用いた。模擬ガラス固化体試料中のウラン濃度は 2.7wt%UO3、セリウム濃度は 1.5wt%CeO2 であり、比較用にウラン化合物を添加しない試料も作製した。
XAFS 測定は、セリウム L3 端を蛍光法、ウラン L3 端を透過法で行い、XANESスペクトルからセリウムとウランの原子価を評価した。その結果、ウラン化合物を添加して加熱溶融した試料中のセリウムは、3 価由来の 5.725keV ピ
ークが低下し、4 価由来の 5.735keV ピークが上昇する傾向にあった。なお、
ウラン添加試料中のウランは既知の通り 6 価状態であった。
このことから、ウラン化合物を含む廃液をガラス固化処理した場合、作製し 図１ 模擬ガラス固化体試料中のたガラス固化体中の廃液成分は酸化セリウム L3 端規格化 XANESされる可能性があると推察する。
スペクトル
本報は、資源エネルギー庁「平成 30～31 年度放射性廃棄物の減容化に向けたガラス固化技術の基盤研究事業」及び「2019 年度物質・デバイス領域共同研究拠点」の成果を含む。

P1-027D ＜固体化学, 物性科学＞
MLF BL-20

新構造型酸化物イオン伝導体 BaLaZn3GaO7 の発見
Discovery of a new structure family of oxide-ion
conductor BaLaZn3GaO7
手島広明、藤井孝太郎、村上泰斗、八島正知 (東京工業大学)[緒言]固体のイオン伝導度は結晶構造に依存し、高いイオン伝導度は特定の結晶構造でのみ発現する。そのため新しい構造型の酸化物イオン伝導体の探索は非常に重要である。本研究では d10 の電子配置を持ち電子伝導が起こりにくい、多様な配位環境をとることができるといった特徴を持
つ亜鉛(Zn)に着目し、結合原子価法に基づくスクリーニングにより新しい酸化物イオン伝導体の候補となった BaLaZn3GaO7 およびその固溶体を合成して電気的特性を評価し、結晶構造を精密化した。
[実験手法・結果] 無機構造結晶データベース(ICSD)に登録されている Zn
を含む 210 種類の化合物について結合原子価法に基づく酸化物イオン移動のエネルギー障壁を計算して候補材料のスクリーニングを行い、新しい酸化物イオン伝導体の候補となった BaLaZn3GaO7 およびその固溶体を固相反応法で合成した。BaLaZn3-xGa1+xO7+x/2 (x=0, 0.1, 0.2)の全電気伝導度のアレニウスプロットを Fig. 1 に示す。x=0.1 で全電気伝導度が最大となった。BaLaZn3-xGa1+xO7+x/2 (x=0, 0.1)について全電気伝導度の酸素分圧依存性を測定したところ、P(O2)=10-2~1 の領域で全電気伝導度が酸素分圧によらず一定であり、イオン伝導性を有することが示唆された。
BaLaZn2.9Ga1.1O7.05 について酸素濃淡電池を用いた起電力測定により、酸化物イオン輸率は 650℃で 72.0%, 850℃で 77.2%であることが分かり、この物質の主なキャリアは酸化物イオンであることが示された。Fig. 2 に精密化した結晶構造を示す。精密化した構造を元に結合原子価法に基づく酸化物イオンのエネルギーを計算したところ、酸化物イオン移動のエ
ネルギー障壁は ab 平面内では 0.92 eV, c 軸方向へは 0.80 eV であり、いずれの場合も(Zn,Ga)O4 四面体の陵に沿って拡散することが示唆された。

Fig. 1 Arrhenius plots of total electricalconductivity of BaLaZn3-xGa1+xO7+x/2 (x=0, 0.1, 0.2)

Fig. 2 Refined crystal structure of BaLaZn3GaO7 by
the Rietveld analysis of the neutron powder diffraction
data taken at 27 °C

P1-028D ＜固体化学, 物性科学＞
MLF-BL-03

水素結合形成による
橋頭部二置換ジベンゾバレレンのフォトクロミズム制御
Control of two bridgeheads substituted
dibenzobarrelene’s photochromism by hydrogenbond formation
村上楓一、細谷孝明 (茨大院理工)
ジベンゾバレレン誘導体 1(DBB と略す)は固相・溶液中でフォトクロミズムを起こし、溶液中で光を照射することで様々な反応が同時に起きることが報告されている[1,2]。本研究室では、X 線回折による結晶相光反応のその場観察の結果から、1a において緑色への着色および、トリ-π-メタン転位反応中間体ビラジカルの直接観察、1b、1c においてピンク色への着色及び Norrish Type
Ⅱ反応の中間体ビラジカルの直接観察に成功している[3→岡部]。また、1f、1g では青色への着色を観察している。この中で、橋頭部置換基(R2、R3)・架橋部置換基(R1)、着色、反応様式の関連性が議論されているが、分子の構造(置換基の配座)と着色、反応様式の関連性は明確になってない。そこで、本研究では水素結合形成による結晶構造制御の観点から酸・塩基を置換基としてもつ
DBB を合成後、カウンターとなる塩基・酸との水素結合を形成させた共結晶を作成し、置換基の変更無しに結晶構造を変え、DBB の反応基周囲の反応空間[4]を変化させる手法で結晶相光反応の制御が可能であるか検証することを目的としている。
まず、橋頭部 R3 にヒドロキシメチル基を含む 1i を合成し、2 種類の多形結晶を得、そのうち 1 種類は無色からピンク色へのフォトクロミズムを、もう 1 種類の溶媒和した結晶構造ではフォトクロミズムを起こさないことを観察した。
反応様式と着色の相関性から Norrish Type Ⅱの反応経
1路を持つ可能性がある。また、1i の合成時間を
R1
R2
R3
色
延ばして行った際、架橋部と橋頭部(R1、R3)の 1a Ph CH COCH
緑
3
3
間で脱メタノールを起こし、ラクトン環を形成した 1b Ph CH3 CH3
ピンク
1i’を得ている。加えて、架橋部(R1)にカルボン 1c OMe CH3 CH3ピンク
酸を含む 1j の合成を加水分解で行うために、 1d Ph H COCH3 橙(不可逆)
1c を合成した。今後は 1j の合成を完了し、1i、 1f OEt H COCH3青青1j を用いた共結晶の作成後にそれぞれのフォト 1g OMe H COCH3ｰクロミズムと反応様式と、1i’単体の結晶相反応 1i OMe H CH2OH
CH3ｰ
1j OH CH3の追跡を行う予定である。
[1]Danaboyina Ramaiah et al., Chem. Soc. Rev., 34, 48–57(2005)[2]Meledathu C. Sajimon, et al., J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9439-9445[3]Shihomi Okabe, and Takaaki Hosoya, JPS Conf. Proc. 8, 031014 (2015)[4]Yuji Ohashi, et al., J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 5805-5812

P1-029D ＜固体化学, 物性科学＞
MLF-BL03

包接結晶を利用した BODIPY-コバロキシムの結晶構造の制御による光反応制御の試み
Control of photoreactions of BODIPY-cobaloxime
complex using inclusion crystals
飯塚透也、細谷孝明 茨城大工
コバロキシムとは、コバルトに２つのジメチルグリオキシムが配位し、これを平面とした時に、垂直方向にアルキル基と塩基が配位した錯体である。この単結晶に可視光を照射すると、結晶状態を維持したままアルキル基が異性化反応を起こす(1)(図 1)。この異性化反応について、ホスト化合物とコバロキシムとの共結晶を用いることで、アルキル基が自由に動くことができる空間(反応空間)が大きくなり反応性が高くなることが報告されている(2)。
また、蛍光色素の一種である BODIPY を配位したコバロキシムは、可視光を照射することで水素生成触媒として働く。この反応の過程で、BODIPY からコ
バルトに電子が移動するが、その反応機構の詳細はわかっていない(3)。
本研究室ではこれまでに、BODIPY-コバロキシムの異性化反応を X 線解析
によって観察し、BODIPY によってアルキル基の異性化が促進されたことを明らかにした。その要因を調べるために、本研究ではコバロキシム錯体のアルキル基と軸配位塩基である BODIPY は変更せずに、分子構造のみを変化させて結晶相での光反応を試み、その反応様式、反応経路、反応性とアルキル基
や BODIPY の立体配座および周辺の空間(反応空間)との相関を調べることを目的とした。分子構造を制御するための手法として、ホスト化合物による
BODIPY-コバロキシムとの包接結晶に注目した。
現在、ホスト化合物としてα-シクロデキストリン、β-シクロデキストリン、
1,1,2,2-テトラキス(4-ヒドロキシフェニル)エタンを、ゲスト化合物として 2-シアノ
エチル-BODIPY-コバロキシム、3-シアノプロピル-BODIPY-ジエチル-コバロ
キシムを用いて包接結晶の作成を試みている。

図 1. 3-シアノプロピル基の異性化反応(4)(1) Yuji Ohashi et al., Crystallogr, Rev , 2013,19, 2-146(2) Daisuke Hashizume et al., J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1999, 1689–1694(3) J. Bartelmess et al., Inorg, Chem.,2014, 53, 4527-4534(4) Takashi Ohhara et al., Acta Cryst., 2000, B56, 245-253

P1-030E ＜材料科学＞
PF-BL27B

MA 回収プロセスにおける CHON 型抽出剤開発のための構造解析
Structural analysis for CHON type extractant
development in MA recovery process岡田諒１、渡部創２、佐野雄一 2、新井剛 3、松浦治明 1１ 東京都市大院、２ 日本原子力研究開発機構、3 芝浦工業大学

3

FT|(k)ꞏk | [arb.unit]

三価のマイナーアクチニド（MA(Ⅲ)：Am および Cm）は半減期が長く、発熱性があるため、他の核分裂生成物(FP)から分離し、放射性廃棄物の量と放射線毒性を減らすために他の核種に変換する必要がある。本技術では化学的類似性の高い 3 価のランタニド Ln(III)との分離工程に用いる抽出剤として
HONTA(ヘキサオクチルニトリロトリアセトアミド)抽出剤を候補の 1 つとしている。本研究では HONTA 抽出剤を用いた溶媒抽出法と抽出クロマトグラフィ法
で形成された抽出錯体構造を広域Ｘ線吸収微細構造(EXAFS）解析により調査した。
硝酸濃度をパラメータとして、溶媒抽出法により希土類元素を吸着させた溶媒試料と抽出クロマトグラフィ法により希土類元素を吸着させた吸着材試料をEXAFS 測定用試料とした。溶媒試料は蛍光法、吸着材試料は透過法で LⅢ吸
収端 EXAFS 測定を行った。得られたスペクトルは、WinXAS3.0 により解析し、フィッティング解析には非経験論的多重散乱計算コード FEFF8.0 で算出した後
方散乱パラメータを用いた。
先行研究により、溶媒抽出系と抽出クロマトグラフィ系で抽出性能が異なることが確認されていたため、構造の変化から差が生じる要因を考察した。図 1に 2 つの方法による構造関数の硝酸濃HONTA adsorbent
度依存性を示す。この関数に対してフィ
Eu
HONTA solvent
ッティング解析を行った結果、2 つの方
1M
法で、希土類元素-酸素間距離に顕著な変化は見られなかったが、吸着させ0.1Mた元素で比較するとランタノイド収縮の傾向が見られた。また、希土類元素周0.05M
りの酸素配位数に関しては、溶媒試料
は硝酸濃度の増加に伴い増加するの0.01Mに対して、吸着材試料は硝酸濃度の増
加に伴い減少することが示された。こ
0
1
2
3
4
の要因としては、ポリマーの有無による
R [Å]
分子の自由度における制限の違いが
図 1 Eu の構造関数の硝酸濃度依存性
考えられる。

P1-031E ＜材料科学＞
PF-BL27B

コンクリート中 Cs の局所構造解析
Local structure analysis of Cs in concrete of reactor
building
腰越広輝 1、佐藤勇 1、羽倉尚人 1、宮原直哉 1、鈴木恵理子 2
逢坂正彦 2、松浦治明 11 東京都市大学、2 日本原子力研究開発機構

3

FT|(k)ꞏk | [arb.unit]

福島第一原子力発電所の廃炉においては、それに伴う解体廃棄物を安全かつ合理的に管理することが必要である。そのためには、原子炉建屋等において大量に存在するコンクリート構造材への Cs 等放射性物質の付着・浸透メ
カニズムを把握し、その性状に応じた適切な処理・処分を施す必要がある。本
研究では、上記のコンクリートへの Cs 浸透メカニズム把握の基礎研究として、
CsCl 及び CsI 水溶液を用いたコンクリートへの Cs 浸透試験及び Cs 浸透後
コンクリートの EXAFS 分析を実施しコンクリート中 Cs の化学的存在状態を把握する。骨材含有量の異なるコンクリート試験片をそれぞれ１日、１M の CsCl
または CsI 水溶液に浸漬した。水溶液から引き上げ後乾燥させた試料を上部から 0.5 ㎜ずつ削った粉末をペレット成型しスコッチテープでシールしたものを測定対象とした。これらを Cs-LⅢ吸収端について透過法または蛍光法によるEXAFS 測定を実施し得られた結果を図に示す。コンクリート中の骨材含有量が減少することで Cs と O の相関を表す原子間距離(X 軸)2 Å、I との相関を表
す 4 Å 付近のピークが大きく減少しており、この結果から両ピークの減少以外に CsI としての存在量が著しく減少していることが分かった．フィッティングにより構造パラメータをまとめると、骨材含有量が増加するに従い Cs 周りの O の配位数が減少する傾向がみられconcrete 0.5 mm
concrete 1.0 mm
た．ここでコンクリートへの 2 つの浸
concrete 1.5 mm
concrete 2.0 mm
透機構が予想される。1 つ目は骨材
mortar 0.5 mm
mortar 1.0 mm
mortar 1.5 mmとモルタルの界面への浸透は分子
mortar 2.0 mm
が、2 つ目はモルタルへの浸透はイオンが支配的である。Cs と最近接
酸素との原子間距離については浸透深さが深くなるにつれ増加する傾向にあり、Cs と O の相関が弱まっていることが分かる。これらのことから
コンクリートへの Cs 浸透挙動に骨
0
1
2
3
4
5
6
材含有量が影響を与える一因にな
R [Å]っていることが示唆された。
図 CsI 水溶液を用いた浸透試験後のコンクリート中 Cs 近傍動径構造関数

P1-032E ＜材料科学＞
Investigation of heterogeneous deformation behavior in an Fe-Ni-C alloy bysimultaneous neutron diffraction, DIC and thermography techniques
W. Gong a, b, S. Harjo b, W.Q. Mao c, S. Gao c, T. Yamashita b, N. Tsuji a, c
ESISM, Kyoto University, b JAEA, c Dept. Mater. Sci. & Eng., Kyoto University
Heterogeneous deformations such as Lüders-band and Portevin-le-Châtelier (PLC) bands are often observedin various metallic materials under certain conditions. However, the relationship between such a strain
localization and deformation mechanisms, such as dislocation slip, deformation-induced martensitic
transformation, and twinning, are still not fully understood. In recent decades, digital image correlation (DIC)and infrared thermography, that can characterize local strain and temperature distributions, reflectively, havebeen well developed for investigating heterogeneous deformation behavior. On the other hand, in-situ neutron
diffraction is a powerful method to provide averaged information in bulky materials during deformation, suchas phase fraction, lattice strain, texture, dislocation density, etc., for interpreting deformation mechanisms.
Here, we investigated serrations and corresponding heterogeneous deformation behavior in a fine-grained FeNi-C alloy showing transformation induced plasticity (TRIP) by using a combination of in-situ neutron
diffraction, DIC and thermography techniques, simultaneously.
An Fe-24Ni-0.3C (wt.%) alloy with a mean grains size of 1 µm, fabricated by cold rolling and subsequentannealing [1], was used in this study. In-situ neutron diffraction experiment during tensile deformation was
performed on the engineering neutron diffractometer “TAKUMI” at J-PARC. The geometrical arrangement of
the experiment is shown in Figure 1a, where the 1mm thick plate tensile specimen with 50 mm in gage lengthand 6 mm in gage width was deformed at a strain rate of 2.86 × 10-5 s-1. A CCD camera was set to acquire
digital images of the front surface of the specimen for the DIC analysis, meanwhile a thermography camera
was set on the opposite side to acquire thermal distribution images of the back surface of the specimen during
the tensile test. The slit size for the incident neutron beam was 5mm in width and 6mm in height. Diffraction
profiles were analyzed via Rietveld refinement to obtain volume fractions of austenite and martensite. The
convolutional multiple whole profile (CMWP) method was employed for profile analysis to determine
dislocation densities in austenite. Microstructures of the specimen before and after the tension experiment wereanalyzed by EBSD.
Figure 1b shows the stress-strain curve and the changeof volume fraction of martensite during tensile
deformation. Three types of characteristic serrations
corresponding to different strain regions were observedon the stress-strain curve (see inserts of Fig.1b). In stage
1, the serrations having relatively low stress amplitudeand high frequency occurred after yielding. In stage 2,
serrations appeared periodically in a relatively large
strain interval with smooth flow in the strain region from
0.064 to 0.227. After that, serrations having large stressamplitudes and high frequency dominated stage 3. The
volume fraction of martensite indicated that the onset of
deformation-induced
martensitic
transformation
corresponded to the stage 3. DIC and thermography
images showed that different types of serrations resulted
from the various nucleation and propagation features of
PLC bands. More details of the serration behavior andcorresponding
neutrondiffraction,
DIC
andthermography results are discussed in the presentation.
aReference: [1] W.Q. Mao, S. Gao, W. Gong, M.H. Park,
Y. Bai, A. Shibata, N. Tsuji: In Proceedings of the
ICOMAT: Chicago Springer, Cham. 95-98 (2018).

Fig. 1. (a) Schematic diagram of the experimental
arrangements. (b) Stress-strain curve and volume
fraction of deformation-induced martensite.

P1-033E ＜材料科学＞
PF-AR-NW12A

歯車型回転分子は結晶内で動くか？
Rotational molecular gear move in the crystal ?
佐々木大輔 1、菅大樹 4、引田理英 3、佐藤文菜 5、倉持昌弘 1,2、三尾和弘 2、
田所誠 4、佐々木裕次 1,2
1 東大新領域、2 産総研・東大 OIL、3 KEK、4 東京理科大、5 自治医科大

分子内部の動態は、その分子の機能と深く関係している。中でも、タンパク質や機能性材料の動態を明らかにすることは、創薬や新たな材料開発に大きく貢献する。そこで、我々は時分割測定法である回折Ｘ線明滅法(Diffracted Xray Blinking; DXB, Fig.1)を用いて、微結晶から分子内部の動態を比較的容易に測定する方法の確立を目指している。
微結晶からの分子内動態測定を行うに際して、分子動態の複雑なタンパク質ではなく、初めに、より単純な分子動態を示す無機物質や有機物質の微結晶に対し測定を行った。今回は、典型的な回転運動を示す歯車型分子[{AuP(p-Tol)3}4bim](ClO4)2 の微結晶に対し、温度を上昇させながら DXB 測定を行ない、分子動態の変化を観察した。この分子は、温度の上昇とともに歯車部分の回転運動が溶液中で変化する様子が NMR によってすでに確認されている。
DXB では、微結晶をプローブとした回折現象を 10-100ms/frame で観測し、回折 X 線の強度の明滅から動態情報を得る手法である。本実験では、KEK
PF-AR-NW12A を 使 用 し 、
50ms/frame で測定を行なった。
測定結果に対し、自己相関数を用いて解析を行うと、温度の上昇とともに、各面方位による動態の違いが生じていることが明らかになった。その原因を、結晶内の分子の配列方向の違いという観点から考察した。
Fig.1 DXB の概念図
今後の研究として、温度依存の電気伝導性を有する高分子錯体{[PEG(#600)Rb2][Ni(Hbim)3]2}n に対して同様の測定を行い、分子内部の動態と電気伝導性の関係について研究を進めていく予定である。

P1-034E ＜材料科学＞
MLF-TAKUMILPSO 相を含むマグネシウム合金の圧縮および引張変形
Compressive and tensile deformation of Magnesium
alloy containing LPSO phase
Stefanus Harjo1, Wu Gong1,2, Kazuya Aizawa1, Takuro Kawasaki1
1
J-PARC Center, JAEA 2ESISM, Kyoto Univ.
Magnesium alloys containing a long period stacking ordered (LPSO) phaseshow high strength after hot extrusion. Not only texture and grain refinement,
kinks introduced in the LPSO phase during hot extrusion are suggested tohave also contribution to the strengthening. To confirm the formation of kink
and its role in strengthening during deformation, in situ neutron diffraction
measurements of a magnesium alloy consisting of 25 vol.% LPSO (Mg97Zn1Y2)
during compressive and tensile deformation were performed using TAKUMI,
the engineering materials diffractometer in Materials and Life Science
Experimental Facility of J-PARC. An as-cast Mg97Zn1Y2 alloy and that after
hot-extrusion were used in this study. Typical diffraction patterns of the
as-cast Mg97Zn1Y2 alloy obtained before deformation and at plastic
compressive or tensile deformation are shown in Fig. 1. The intensity ratio in
the axial direction showing the random texture before deformation change inthe different manner for compression and tension due to twinning anddeformation slip. Details will be presented and discussed.

Fig. 1 Neutron diffraction patterns of as-cast Mg97Zn1Y2 alloy obtained (a)before deformation, (b) at plastic deformation with compression or tension.

P1-035E ＜材料科学＞
MLF-BL12、MLF-BL21

V10Ti35Cr55 合金水素化物の
中性子/X 線回折データの Rietveld 解析
Rietveld Analysis of Neutron and X-ray Diffraction
Data of V10Ti35Cr55 Alloy Hydride
佐次田頌 1、池田一貴 2, 3、大友季哉 1, 2, 3, 4、本田孝志 2, 3、
大下英敏 2, 3、伊藤晋一 2, 3、横尾哲也 2, 3、齋藤開 2, 3、
Kim Hyunjeong5、榊浩司 5、中村優美子 5、町田晃彦 6
1 総研大、2 KEＫ、3 J-PARC センター、4 茨城大、5 産総研、6 量研
バナジウムは水素吸蔵後の 2 水素化物と水素放出後の 1 水素化物との間で室温・大気圧近傍にプラトーを有しており、可逆的に水素の吸蔵放出が可能なため水素貯蔵材料として期待されている。金属 V 及び高 V 濃度の BCC
合金は水素吸蔵放出反応のサイクル耐久性に優れているが高価であるため、
V 濃度が低い BCC 合金が検討されている。Ti:Cr = 2:3 として V 量を変化させた V-Ti-Cr 合金の 1 水素化物は、V 量が 70 at%以下の場合では BCC 相、70
at%以上では BCT 相である。2 水素化物はいずれの場合も FCC 相である。
BCC 相を経る水素吸蔵放出反応の圧力組成等温線はヒステリシスが大きく、またサイクル数増加により吸蔵放出量が減少するため、この構造変化と耐久性との相関が議論されている。これまでに水素放出前後の V10Ti35Cr55 合金水
素化物について MLF-BL21 にて中性子全散乱測定を行い、MLF-BL12 にて中性子非弾性散乱測定を行った。その結果、水素放出後の水素化物における金属-水素間の 2 体相関と水素振動モードの変化が劣化の要因であることが示唆された。合金水素化物の構造変化の詳細を調査するため、本研究ではMLF-BL21 での中性子回折測定に加えて、SPring-8-BL22XU にて得られた X
線回折データを用いて Rietveld 解析による金属格子および水素サイト占有率のサイクルに依存した変化の調査と結晶構造モデルの作成を試みた。水素放出後の水素化物の中性子回折曲線および X 線回折曲線には d = 2.45 Å付近に微小なピークが観測された。このピークは、金属Ｖの 1 水素化物の構造モデ
ルのＶを V:Ti:Cr = 10:35:55 の比率でランダムに置き換えた合金 1 水素化物単相モデルでは説明できない。そのため主相の 1 水素化物以外に低分率で複数の相が存在していることが示唆された。講演では複相モデルを含む構造精密化の結果について議論する。
本研究の一部は KEK 中性子共同利用実験 S1 型課題（2019S06）、文科省
JSPS 科研費（JP18H05518（新学術ハイドロジェノミクス））の助成を受けたものである。

P1-036E ＜材料科学＞
PF-AR-NW12A, SPring-8 BL39XU

Å 以下の微結晶動態温度依存性計測とその高感度化
Observation of Temperature Dependency of
Angstrom Level Nanocrystal Motions
尾股紘希１,2、引田理英 3、佐藤文菜 4、倉持昌弘 1,2、
関口博史 5、佐々木裕次 1,2,5
１ 東大新領域、２ 産総研・東大 OIL、３ KEK、
４ 自治医科大、５ SPring-8 / JASRI

本研究では、回折 X 線明滅法 (Diffracted X-ray Blinking: DXB) を用いてÅ
以下の微結晶動態計測に取り組んだ。DXB とは、回折 X 線強度の明滅から結晶粒の動態情報を得る手法である。これまで、DXB では金ナノ結晶を標識することにより、巨大タンパク質分子系の動態計測を行ってきた。それに対して、本研究では、結晶性を元々有したサンプル系に着目し、無標識 DXB 技術の確立を試みた。本研究の目的は、結晶性を有した無機材料サンプル系に対して DXB による結晶動態計測を試み、結晶動態とその物質の機能との相関を明らかにすることである。
今回、KEK PF-AR-NW12A
を利用し、50ms の時間軸で、安定した結晶である
ゼオライトの微結晶動態計測を試みた。ゼオライ
トは細孔の大きさによって、酸素、窒素、二酸化炭 Fig.1 ゼオライトが脱水・吸水する際の結晶構造変化
素、水といった分子を選択的に吸着することから、吸着剤、脱着剤といった機能材料として知られている。本研究では、ゼオライトの水に対する吸着作用に注目し、水和状
態と非水和状態における動態の差を検出した (Fig.1)。また、細孔径の異なる 3A, 4A, 5A, 13X という４種類のゼオライトに DXB 測定を行うことで、細孔径と動態の相関を議論する。加えて、室温から-100℃までの温度変化においても各方位面による結晶動態の差を検出した。
さらに、DXB 測定の高感度化を目的として、従来の回折ではなく直接光(0 次光)の強度揺らぎ時系列解析に取り組んでいる。現在までに、フィル
ターを介さない直接光と、カプトンフィルムを介した光に関して、両者で強度揺らぎ自己相関の差の検出に成功している。

P1-037E ＜材料科学＞
BL27-A, B

溶融塩電解法を用いた粘土鉱物からの Cs 除去と熱電変換材料の創製
Removal of cesium from clay mineral and formationof thermoelectric material using molten salt
electrochemical method
本田充紀 1、後藤琢也 2、鈴木伸一 1、矢板毅 1
1 原子力機構・物質科学, 2 同志社大学・理工
1F 事故により発生した汚染土壌の減容および再生利用化の実現には土壌中の粘土鉱物に固定された放射性 Cs 除去のみならず除去後の土壌を有効利用する方法の開発が必要である。我々は Cs が吸着した風化黒雲母(WB)にアルカリ混合塩(NaCl－CaCl2)を添加して融解する溶融塩法によりほぼ 100 %の Cs 除去に成功した[1]。次の段階として、Cs 除去後の土壌の有効利用法の開発に取り組んでいる。Cs 除去後の土壌は無害元素で構成される。そこで融解時に電気分解による化学反応制御を可能とする溶融塩電解法を開発し Cs除去と同時に得られる結晶 XY(Si, Al)2O6(ここで、X = Ca2+, Na+, Fe2+, Y=Al3+,
Mg2+, Fe3+)の構造を制御することで再利用可能な材料のひとつ熱電変換材料の創製へ向け、構造および熱電物性の相関について検討した。
溶融塩電解法におけるアルカリ混合塩には（NaCl－CaCl2）を用い、-1.4V /700 ℃の還元電位で 2 時間反応させた。室温に戻った後複数回水洗および上澄み除去後 80℃で乾燥させた。溶融塩電解前後の化学組成は蛍光エック
ス線分析(XRF)により行った。結晶構造は X 線回折法(XRD)により結晶構造の同定を行い、局所構造については BL27A(Ca K-edge)および 27B(Fe K-edge)
にて X 線吸収分光法(XAFS)による分析を実施した。同試料をφ13mm 厚さ1mm のサイズにて 7 ton で加圧形成してペレットを作製した。同試料の熱電物
性は、SBA458 による電気伝導率測定および LFA467 による熱拡散測定をそ
れぞれ室温、400℃、500℃、600℃、700℃にて行い熱電物性評価を行った。
WB を構成する元素は XRF より Si, Fe, Al, Mg, Cs, K, Ti, Ca であり、溶融塩
電解後は Cs が検出限界以下であることを確認した。XRD 測定では WB 構造とは異なる雲母構造(普通輝石、和田石、磁鉄鉱)を確認した。溶融塩電解前後の電解効果を XAFS による Fe 局所構造解析により行った結果 Fe の価数は 3
価から 2 価に還元されていることを確認した。電気伝導率測定では、室温から400℃までは電気伝導特性を示さなかったが、500℃から電気伝導特性を示し、熱拡散測定では 500℃において最小値をとることが分かった。これは 500℃において熱電変換特性を示すことを意味する。今後、ゼーベック係数の同時測定により熱電変換材料の無次元評価指数 ZT 算出を行う。
[1]M. Honda et. al., ACS Omega, 2(12), 8678-8681(2017)]

P1-038E ＜材料科学＞
PF-BL8B

粉末 X 線回折における機械学習応用と知識発見
Machine learning application and knowledge
discovery in powder X-ray diffraction analysis
1

2

3

3

鈴木雄太 ，日野英逸 ，羽合 孝文 ，斉藤耕太郎 , 小野寛太
1. 総研大, 2. 統計数理研究所, 3. KEK 物質構造科学研究所

3

結晶構造は物質の最も基本的な特性であり、この同定のため粉末 X 線回折（XRD）や粉末中性子回折が広く用いられている。測定の自動化・効率化が進む一方で、測定データの解析は熟練者による試行錯誤によってなされるため、測定データから効率的に知識を抽出する手法の開発が課題となってきた。
本研究では、熟練した研究者が回折パターンから直観的におおよその結晶構造を推定できることに着目し、大量の回折パターンから機械学習
モデルを訓練することで XRD パターンから直接結晶構造を高速に予測することを試みた。このために無機結晶構造データベース（ICSD）からの網羅的計算により約 20 万物質についての XRD データベースを構築し、これを学習用データセットとして、結晶構造（結晶系・空間群・
格子定数）を予測する機械学習モデルを Extremely Randomized
Trees（ExRT）により構築した。回折パターンを表現する特徴量として、0˚-90˚の 2θ領域におけるピーク本数および、低角側から順に 10本のピーク位置を用いた。
ExRT による予測モデルにより、結晶系について 92%、空間群について 91%（Top5）の Accuracy を得ることができた。この予測モデル
は予測だけでなく訓練も高速であり（一般的 PC で約 1 分）、実験条件（2θ範囲など）に応じて再訓練することも容易である。
この訓練済み ExRT の特徴量重要度および、ExRT を近似した決定木の解析から、機械学習モデルがどのような特徴に基づいて予測を行っているのか考察したところ、結晶系の予測タスクにおいては、ピーク本数
だけでなくピーク位置も結晶の対称性を表現していることが示唆された。当日はこの詳細と、訓練した機械学習モデルの解析やデータマイニ
ングによって、これまで熟練者の間で暗黙的に共有されてきた経験則が具体化できうる点について議論する。

P1-039E ＜材料科学＞
MLF 長期課題 2017L1300

酸化物イオン伝導体および複合アニオン化合物の中性子回折法による構造物性
Structure Science of Oxide-ion Conductors andMixed-Anion Compounds using Neutron Diffraction
藤井孝太郎 1，八島正知 1，鳥居周輝 2，齊藤高志 2，神山崇 2，大原高志 3
1 東工大理，2 KEK IMSS，3 JAEA J-PARC センター
セラミック材料は多彩な機能を示すため基礎から応用まで幅広く注目される
重要な材料である．その機能の多くは結晶構造と密接な関係があり，その結晶構造を精確に解明することは，その材料が示す機能を理解する上で必要不可欠である．セラミック材料は電子数の多い金属イオンと電子数の少ないアニオ
ン（酸化物イオンなど）から構成されるため，電子によって散乱する X 線を用いた回折法ではアニオンを含めた構造を明らかにするには不十分である．一方，中性子回折はアニオンからの情報を引き出すことができる．本長期課題では，
J-PARC の粉末および単結晶中性子回折計 SuperHRPD, SPICA, SENJU を用
い，酸化物イオン伝導体および複合アニオン化合物の構造解析と，それらが示す機能の構造的要因を明らかにすることを目的としている．最近の研究成果としては，単結晶中性子回折を用いた酸化物イオン伝導体のイオン伝導機構の解明[1]や，高温中性子回折を用いた酸化物イオン伝導体におけるイオン伝導経路の可視化[2,3]，新たに発見した酸化物イオン伝導体や複合アニオン材
料の中性子回折による構造解析[4]などがある．

[1] K. Fujii, M. Yashima, K. Hibino, M. Shiraiwa, K. Fukuda, S. Nakayama, N. Ishizawa, T.
Hanashima, T. Ohhara, J. Mater. Chem. A, 2018, 6(23), 10835[2] M. Yashima, T. Tsujiguchi, K. Fujii, E. Niwa, S. Nishioka, J. R. Hester, K. Maeda, J.
Mater. Chem. A, 2019, 7(23), 13910[3] W. Uno, K. Fujii, E. Niwa, S. Torii, P. Miao, T. Kamiyama, M. Yashima, J. Ceram. Soc.
Jpn., 2018, 126(5), 341[4] Y. Yasui, E. Niwa, M. Matsui, K. Fujii, M. Yashima, Inorg. Chem. 2019, 58(14), 9460

P2-024E ＜材料科学＞
3NBT

J-PARC 3NBTにおける0.4 – 3 GeV 陽⼦の弾き出し断⾯積測定
Measurement of Displacement Cross Section from 0.4 to 3 GeV
protons at 3NBT in J-PARC
岩元洋介1,3, 明午 伸⼀郎1，松⽥ 洋樹1，吉⽥ 誠2, ⻑⾕川前川 藤夫1，岩元 ⼤樹1，中本勝⼀1,

建志2，牧村 俊助2，⽯⽥ 卓2

1

J-PARC/JAEA, 1J-PARC/KEK, 3JAEA

核破砕中性⼦源や加速器駆動核変換システム(ADS)等の⼤強度陽⼦加速器施設では、ビーム窓や標的に⽤いられる材料の損傷評価が重要となる。損傷の指標として弾き出し損傷(dpa)が⽤いられるが、NRTモデルに基づく弾き出し断⾯積と粒⼦束の積分により導出される。陽⼦の20
MeV以上のエネルギー領域では、弾き出し断⾯積の殆ど測定されていないため、計算モデルの⼗分な検討がされていない。⼀⽅、⼤強度陽⼦加速器施設の機器の寿命評価はdpaを基準とする
ため、信頼性の⾼いdpaおよび弾き出し断⾯積の評価が重要となる。本研究では、J-PARCの加速器施設において0.4 - 3 GeV陽⼦に対する弾き出し断⾯積の測定を⾏った。
弾き出し断⾯積は、試料⼊射に伴う抵抗率変化を⽋損あたりの抵抗率変化と陽⼦束で除する
ことにより得ることができる。⽋損あたり（フランケル対あたり）の抵抗率変化は、電⼦線等を⽤いた研究により既知となり、抵抗率変化と陽⼦束の測定により導出が可能である。照射による⽋損を試料中に留めることが重要となり、実験では極低温に冷却した状態で測定することが必要となる。4 K冷凍機に試料を取り付けた真空装置を製作し、3 GeV陽⼦シンクロトロン加速器施設のビーム輸送施設(3NBT)における陽⼦ビームラインに設置した。試料位置には、1MWの⼤強度ビームも⼊射する可能性があり、安全のために加速器インターロックおよび放射線許認可変更を⾏った。試料は、直径 0.25 mm、⻑さ 40 mmの純度99.95%以上のアルミ、鉄、銅およびタングステンを⽤い、⽋損を無くすため融点付近の⾼温で焼鈍した。断⾯積の導出のためには、試料における陽⼦束が必要となるため、試料位置のビームプロファイルをビームプ
ロファイルモニタで計測した。試料の温度上昇を抑えることが望ましいものの、微弱なビーム
ではビーム形状が不明となるため形状が可能となる最弱な強度の陽⼦ビームを⽤いた。
ビームモニターで得たビーム幅と積算電流から試料における陽⼦束を導出した。測定の誤差の殆どは、フランケル対⽣成当たりの抵抗率変化の分散による。⼀般的に弾き出し評価に⽤いられるNRTモデルと、近年着⽬されつつある分⼦動⼒学に基づく⽋陥の⾮熱的な再結合を補正したarc (athermal recombination correction)モデルをPHITSに適⽤し弾き出し断⾯積の計算を⾏った。NRTモデルによる断⾯積の計算結果は、実験を3〜4倍程度過⼤評価することが⽰された。
⼀⽅、arcモデルによる計算は、本実験をよく再現することが⽰された。以上により、核破砕中

性⼦源の構造材の評価には、弾き出し損傷評価にはarcモデルの適⽤が必要であることが⽰された。

P2-025E ＜材料科学＞
MLF-BL20

クロミック物質 CoMoO4 の中性子回折
Neutron Diffraction of Chromic Material CoMoO4
岩佐和晃 1、星川晃範 1、松川健 1、石垣徹 1、浅野貴行 2、稲垣裕次 3、河江達也 3
1 茨城大フロンティアセ、2 福井大院工、3 九大院工モリブデン酸コバルト（CoMoO4）は、触媒[1]やキャパシタ電極材料[2]としての応用ほか、温度や圧力の変化によって色が変化するクロミックの性質を示す機能性材料としても注目されている[3]。この性質は大きな温度ヒステリシスで特徴づけられる一次構造相転移（低温α相、高温β相）に起因する。一方、磁気的性質として最低温度相での反強磁気秩序が報告されていた [4]。しかし、6 K と 12 K での二段の磁気相転移の詳細、一次構造相転移で切り替わる
構造の低温での状態などの詳細は明らかとなってはいなかった。
本研究では、新たに合成した CoMoO4 の良質粉末試料（約 1.2 g）を内径 5.8mm のアルミ管セルに詰め、J-PARC MLF BL20 iMATERIA にて中性子回折実
験を行い、結晶構造と磁気構造の詳細を調べた。それらの結果の磁化や比熱との対応を報告し、磁気状態を考察する。
20 K 以下での測定においてはほぼα相結晶に相転移していることがわかったが、わずかながらβ相結晶も残存している。クロミックの性質を示す構造相
転移が 233 K 以上で起きているとする先行研究[3]の結果よりも低温まで両相が共存している。核散乱ピークのプロファイルは比較的にブロードで、一次相転移によるドメインあるいは歪みの効果が考えられる。12 K 以下の磁気秩序層と期待された温度領域で磁気散乱ピークが成長し、8 K ではα相での非整合磁気秩序 (波数ベクトル k ≃ (0.490, 0, 0.438)) とβ相での整合磁気秩序 (k= (0, 0, 1/2))が観測された。さらに 3 K ではα相磁気構造が整合波数ベクトル
k = (1/2, 0, 1/2)に至ることを見出した。これらの磁気相転移と波数ベクトルの温度依存性は先行研究[4]では報告されておらず、かつ提案された反強磁気構造モデルでは説明できない。このような機能性材料における複合化した構造が iMATERIA を用いることで明瞭に観測することができた。
[1] R. A. Ross and M. R. Jeanes, Ind. Eng. Chem., Prod. Res. Develop., 13,
102 (1974).
[2] Y. Chen et al., Nanoscale 7, 15159 (2015).
[3] L. C. Robertson et al., Inorg. Chem. 50, 2878 (2011).
[4] H. Ehrenberg et al., J. Magn. Mag. Mater. 135, 335 (1994).

P2-026E ＜材料科学＞
MLF-D1

負ミュオン寿命法による鉄鋼中微量炭素の非破壊定量分析

Non-destructive and quantitative analysis of carbon
in steel by negative muon lifetime method
工藤拓人 2，千徳佐和子 1，二宮和彦 2，竹下聡史 3，髭本亘 4，篠原厚 2，
下村浩一郎 3，河村成肇 3，ストラッサー パトリック 3，三宅康博 3，
齋藤努 5，久保謙哉 1
1 国際基督教大学，2 阪大院理，3 高エネ研ミュオン，4 原研先端研，5 国立歴史民俗博物館
鉄鋼中の炭素量は鉄鋼の機械的物理的性質に大きく影響する．鉄鋼中の炭素の定量にはいくつかの方法が利用されているが，非破壊的かつ深さ選択的に定量できる方法は無い．
寿命 2.2 µs の負ミュオンは，物質に注入されたのちに停止すると，その近辺の原子核に捕獲されてミュオン原子を形成する．ミュオン原子中の負ミュオン
は，脱励起を繰返してミュオン 1s 軌道に到達する．1s 軌道の負ミュオンは原子核に極めて近く，原子核捕獲が起こる．これが自然壊変と競合するため，ミュオン原子中の負ミュオンの見かけの寿命は 2.2 µs より短くなる．原子核捕獲
は負ミュオンを捕獲した原子核の原子番号で決まるので，物質中の負ミュオンの見かけ上の寿命を崩壊電子を使って測定すると，その物質の原子番号がわかる．物質が複数の元素から成るときには，生成したミュオン原子の種類に応じて複数の寿命をもつ成分が重なり合ったミュオン壊変曲線が得られる．この曲線を解析すれば，物質中の元素組成を知ることができ，定量分析が可能である．この方法は非破壊的であるとともに，負ミュオンの入射エネルギーを変化させることにより，深さ選択的な分析も実現できる．我々は鉄鋼標準試料を測定して，この方法が定量分析法として実用的なことを明らかにし，定量限界が炭
素量 0.012%以下であることを示せた．この方法の原理は知られていたが，実際の応用は J-PARC ミュオン施設の大強
度負ミュオンビームの実現によって世界で初めて可能となった．将来的には
B,C,N,O などの軽元素を含む物質，特に 図 1． 模擬鉄剣の負ミュオン崩壊
考古学的に貴重であってかつ傷つけら 電子測定例．
れないような鉄製品の分析に応用可能
である．

P2-027E ＜材料科学＞
MLF-BL19

FCC 相および BCC 相を含む 2 相合金の低温における応力分配挙動
Stress Partitioning Behavior of Duplex Alloys
Consisting of BCC and FCC Phases at Low
Temperature
山下享介 1、諸岡聡 1、ハルヨステファヌス 1、川崎卓郎 1
友野翔平 2、行木辰也 3、古賀紀光 4、梅澤修 2
1 原子力機構、2 横浜国大、3 横浜国大(現大林組)、4 金沢大金属材料の機械的性質は試験温度に依存し、その温度依存性は結晶構造により異なることが知られている。FCC 構造では温度の低下により降伏強度はあまり変化せず、引張強度や伸びが増大する。一方、BCC 構造では低温では降伏および引張強度が大きく増大するが、脆性的となり延性が大きく低下する。近年では、単相合金では実現が難しい良好な機械的性質を発現する
FCC および BCC の両相を有する 2 相合金が工業的にも広く用いられている。
室温における優れた強度－延性バランスは両相の応力分配に起因するもの
であることが報告されているが、室温より低温域での応力分配挙動についての報告はほとんどない。そこで本研究では、2 相合金として 2 相 SUS および
Cu-Fe 合金を用いて低温引張変形中その場中性子回折を実施し、低温における変形挙動、各相の相分率、応力分配挙動および各相の強度への寄与について調査を実施した。
供試材は JIS SUS329J4L および Cu-40mass%Fe の圧延板材を用いた。引張変形中その場中性子回折は J-PARC/ MLF 内の BL19 に設置された「匠」
にて、293 K、200 K, 150 K の各試験温度で実施した。
両合金とも低温にて優れた強度－延性バランスを示した。Cu-Fe 合金では、試験温度によらず、FCC 構造の Cu が変形早期に塑性変形を開始していた。
マクロな降伏強度は BCC 構造の Fe が塑性変形を開始した応力とほぼ等しい。
Fe の相応力は Cu の相応力よりも高く、温度の低下により Fe の相応力は大きく増大した。一方で、Cu の相応力は温度によらずほぼ同程度であった。また
低温では相間の応力分配は増大していた。2 相 SUS においても FCC 構造のオーステナイト(γ)相が先に塑性変形を開始し、BCC 構造のフェライト(α)相の塑性変形の開始した応力と降伏強度はほぼ等しかった。α相の相応力はγ相よりも高い相応力を示した。温度の低下によりα相、γ相の両相の相応力は増大していた。これは 2 相 SUS に添加されている窒素の影響であると考えられる。2 相 SUS の応力分配挙動は温度が低下しても変化があまり生じていなかった。

P2-028E ＜材料科学＞
PF-BL27B

ゼオライトに吸着されたウランの EXAFS 解析
XAFS analysis on uranium in zeolites
松浦治明 1、麻生大貴 1、高畠容子 2、星野貴紀 2、渡部創 2
１ 東京都市大学、２ 日本原子力研究開発機構

FT|(k)ꞏk3| [arb.unit]

東電福島第一原子力発電所事故による燃料デブリの処理に対応するためのプロセス開発を通じ、高濃度でジルコニウムが共存した核燃料含有溶液を生じ、その処理に従来型の溶媒抽出法をそのまま適用すると、より多量の 2
次廃棄物を発生させる可能性がある。我々のグループでは昨年度よりゼオラ
イトの吸着能の差を利用し、ウランとジルコニウムを簡便に分離するプロセス
開発を目指している。その相互分離の最適条件を探索するツールとして、各種ゼオライトを用いたバッチ吸着試験後のゼオライト中の局所構造を評価し比較検討するため広域 X 線吸収微細構造法を用いた。
13X と LZY という 2 種類のゼオライトにウランまたはジルコニウムを含有す
る硝酸酸性溶液を固液比 1:300 で共存させ、3 時間振とうした後、蒸留水にて3 回洗浄したものを乾燥させ、さらに乳鉢により粉砕したものを試料とした。ウラン試料は JAEA から 2 重の密封状態で輸送し、そのまま透過法にて EXAFS測定した。ウランは LIII 吸収端、ゼオライトは K 吸収端を用いた測定である。
別途実施したウランまたはジルコニウムのバッチ吸着試験によれば、溶液の平衡時 pH が大きくなると分配係数が大きくなる傾向にあったが、13X では
特に初期 pH が高めで振とうを開始すると、終了時にはより大きめの pH になり、ジルコニウムにおいてその傾向は顕著であった。図に振とう後の各種ゼオライ
トに吸着させたウランとジルコニウムの構造関数の一例を示す。ウランの場合
は LZY 中でウラン-ゼオライト
骨格の相関に相当する第二13X(pH3/Zr)
LZY(pH2/Zr)
配位圏に相関がみられる割に13X(pH5/U)
13X においてはあまり見られ
LZY(pH4/U)
ず、ジルコニウムは LZY にて全く構造を示さない一方、13X
においてはジルコニウム-ゼオ
ライト骨格の第一相関がはっ
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1
2
3
4
5
6
きり見て取れることから、ウラR [Å]ンとジルコニウムの相互分離性能の観点からは、LZY を用 図 ゼオライトに吸着されたジルコニウムとウいる方が局所構造評価の観 ランの構造関数
点からも適当であることが分かった。

P2-029E ＜材料科学＞
MLF/BL192019 年度における工学材料回折装置「匠」の現状
Current status of the Engineering Material
Diffractometer TAKUMI FY2019
川崎卓郎, ステファヌス ハルヨ, 相澤一也・原子力機構 J-PARC
J-PARC 物質・生命科学実験施設 BL19 の工学材料回折装置「匠」では，TOF 中性子回折を用いて鉄鋼・軽金属などの金属材料や誘電体・イオン伝導体セラミックスなど機能性材料の様々な試料環境下での力学特性・機能・構造の評価，機械的・熱的加工によって製造された構造物内部の応力分布の評
価などを行っている．回折ピークの位置や積分強度の解析によって得られる
格子ひずみや相分率，集合組織に関する情報に加えて，ピークプロファイルの形状から転位等の微細組織に関する情報を抽出する手法も匠における標準的解析手法として定着している．
2019 年度は，従来からの鉄鋼を主体とした研究に加え，積層構造を有する
マグネシウム合金やハイエントロピー合金など先進的な材料の研究を行なった．また，誘導加熱とガス吹付けによる急速加熱・冷却機構を有した新しい変形試験装置の導入，変形試験中の試料の形状変化を 2 次元的に捉える機器・手法の導入，試料の熱分布を画像として捉える機器の導入なども進めて
おり，中性子回折を軸とした複合的材料評価手法の確立に注力し，高度化を継続している．
当日は，2020 年 3 月現在における匠の状況と，最近の研究例，匠を用いて実施されている課題の傾向などについて報告する．

P2-030E ＜材料科学＞
PF-BL3C

自己参照型格子比較器による単結晶シリコンの格子定数の均一性評価と結晶間超精密比較
Homogeneity characterization of lattice spacing andlattice comparison for silicon crystals by the
Self-Referenced Lattice Comparator
早稲田篤 1、張小威 2
1 産総研計量標準総合センター、2 中国科学院高能物理研究所

産総研では、基礎物理定数によるキログラムの再定義を目指したアボガドロ国際
プロジェクト（IAC）に参加し、同位体濃縮 28Si 単結晶（Avo28）を用いた X 線結晶密度法（XRCD）法による、アボガドロ定数の決定を行ってきた。
XRCD 法を用いたキログラムの実現では、ドイツ PTB は新たな同位体濃縮単結晶シリコンを準備し、格子定数については新たに X 線干渉計による絶対測定が予定されている。また、X 線干渉計による絶対測定を行っているイタリア INRIM では、
格子定数測定の誤差要因低減を追求するために、干渉計の表面張力の影響の評価を行っている。本課題では、国際協力の一環として、これら X 線干渉計結晶を含めた同位体濃縮単結晶シリコンの格子定数分布評価、格子比較器を用いた格子定数の測定をおこなっている。
また、本課題では、基礎物理定数に基づくキログラムの実現に関する基礎研究を行う一方、この研究で培った極めて信頼性の高い評価技術を、より高品質が求められる半導体用シリコンの評価へ応用することを目指す。原子空孔の探求や極微量の不純物炭素や酸素と、室温で X 線により検出される格子歪みの相関評
価を行っている。
今回はこれまで得られている結果について報告する。

P1-040F ＜触媒科学＞

PF-BL9A

オペランド X 線吸収分光法によるリン含有有機分子添加
ニッケル触媒の機能解明
Nickel Oxygen-Evolving Catalyst Added
Phosphorous-Containing Organic Molecule Studied
by Operando X-ray Absorption Spectroscopy
三浦峻史 1、吉田真明 2
１ 山口大学、２ ブルーエナジーセンター
再生可能エネルギーを利用した水の電気分解による水素製造は持続可能社会を構築する上で理想的な手法である。しかし、酸素生成側の半反応において高い過電圧を要することからその効率を上げることが望まれている。そのため近年、低価格かつ高効率な酸素生成触媒の開発が求められている。そのような中で、遷移金属であるニッケル酸化物にアミノ酸やジアミンなどの有機分子を加えると触媒活性が向上することが報告された[1]。他にも、カルボキシ基やアミノ基を持った有機分子が触媒活性の向上に寄与することが分かってきており、その機能解明も進められている。そこで本研究では、新しい有機分子としてリン酸基を持つ有機分子のアミノエチルホスホン酸(AEPA)を添加した触媒を調製し、その機能解明を目指して研究を行った。
まず、硝酸ニッケルと AEPA を含むリン酸電解溶液中において 1.0 V の電位を印加し、Au 作用極上に触媒を電析した。続いて、添加物を含んでいないリン酸溶液に交換し、酸素生成反応下における Ni-K 端 X 線吸収微細構造(XAFS)
測定を行った。その結果、リファレンス試料の半吸収点を基にして、触媒中のニッケル原子の価数を 3.6 価と見積もった(図 1)。次に、EXAFS の解析から Niの局所構造はγ-NiOOH と同じ構造を取ることを明らかにした。そのため、AEPA は活性種であるγ-NiOOH の生成を促進することで高い水分解活性に寄与していることが示された。

図 1. 半吸収点法による価数解析.

図 2. EXAFS による動径分布関数.

[1] J. P. Allen et al., J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 10198-10201.

P1-041F ＜触媒科学＞
PF-7A、PF-9A、PF-16A

オペランド XAFS/IR 観測による
コバルト水分解触媒上での吸着アニオン挙動の観測
Observation of Adsorbed Anion’s Behavior on the
Cobalt Water Splitting Catalyst by Operando XAFS/IR
山田寛太１、吉田真明 2
１ 山口大学大学院創成科学研究科、２ 山口大学ブルーエナジーセンター[背景] 化石燃料に依存しない社会の実現に向け、水の電気分解による水素製造法が注目されている。水の電気分解反応では、水素生成側に比べて酸素生成側の反応効率が悪い。そのため高効率な酸素生成触媒の開発が求められている。近年、リン酸カリウム (KPi) 溶液中で電析させたコバルト(CoPi)
触媒が高効率な水分解触媒として機能することが報告された［1］。このような中、我々のグループではオペランド XAFS/IR 法を活用した、酸素生成触媒の反応機構解明を目指した研究を行ってきた［2］。本研究では酸素生成触媒上に吸着している吸着アニオン挙動をオペランド XAFS/IR 法により観測した。
[実験方法] 本実験は溶液を連続交換可能なフローセルを用いて行った。まず、
Co2+イオンを含む硫酸カリウム (KSi) 溶
液中において硫酸コバルト(CoSi)触媒を電析させた。続いて、電極電位を保ちな
がら Co2+イオンを含まない KSi、KPi へと
順次、溶液交換を行った。この時に、各溶液中での触媒活性を測定するのと同時に、オペランド XAFS/IR 法を活用して、
Fig.1 KPi 溶液中での水分解モデル
触媒の構造や吸着種挙動の観測を行った。
[結果と考察] CoSi 触媒電析後に、KSi 溶液中での触媒活性を見積もったとこ
ろ水分解活性は示さなかった。次に電圧を印加したまま溶液を KSi から KPi
へと交換したところ大きな水分解電流が観測された。このことから CoSi 触媒
は KPi 溶液中で高い触媒活性を示すことが明らかとなった。次に S-K 端 XAFS
測定や ATR-IR 測定により、吸着種が CoSi 触媒上に吸着している様子を直接捉えることに成功した。さらに、Co-K 端及び O-K 端 XAFS 測定より、KPi 溶液
中において、CoSi 触媒の一部に水分解活性種である CoO2 構造が生成していることが明らかになった(Fig.1)。本発表では各種測定法や結果、触媒上での吸着種挙動と触媒活性との相関についての詳細な説明を行う予定である。
［1］ D. G. Nocera et al., Science, 2008, 321, 1072.
［2］ K. Yamada and M. Yoshida et al., Anal. Sci., in-press.

P1-042F ＜触媒科学＞
PF BL-7A

TiO2 薄膜可視光触媒の軟 X 線 operando 蛍光 XAFS 観察
Soft X-ray operando fluorescence XAFS observation of
TiO2 thin film visible light catalytic reaction
渋谷昂平 1、雨宮健太 2、山本涼輔 3、近藤寛 4、豊島遼 4、伊勢川和久 4、
清水啓史 4、鈴木真粧子 5
1 東京理科大理、2 KEK-IMSS、3 東大理化、4 慶應大理工、5 群馬大理工

1. はじめにTiO2 薄膜に Cu と Ti のナノ粒子を装飾した Ti/TiO2/Cu 光触媒は可視光触媒であり、高い量子効率を示すが、反応における活性中心が何なのかはわかっていない。そこで、反応中の基板と吸着種の電子状態から活性中心を明らかにするため、軟 X 線を用いて operando 蛍光 XAFS 測定を行った。
2. 実験と結果
10 mm×10 mm×1 mm の SiO2 基板に Cu ナノ粒子、TiO2 薄膜、Ti ナノ粒子を順に塗布して試料を作製し、IPA(イソプロピルアルコール)酸化反応試験を行った。その後、KEK-PF、BL-7A にて酸素、IPA 存在下、圧力約 0.5 Pa でoperando 蛍光 XAFS 測定を行った。
Fig.1 より、試料のみ(緑色)と光照射＆ガス条件下(赤色)のスペクトルはほとんど同じであるが、これは実験の際に最初に光照射条件下、次に光照射＆ガス条件下、最後に試料のみの条件下での測定を行ったため、試料のみのス
ペクトル(緑色)を得た際に試料にガスが付着しており、実質的にはガス条件下となっていたためと考えられる。このことを踏まえ、試料のみのスペクトルがガス付着状態のものとすると、ガスを導入することによって 536 eV 付近のピークが増強されたことと、531 eV 付近のピークが 0.5 eV ほど低エネルギー側にずれていることが言える。536 eV 付近のピー
クが増強されたのは試料表面に吸着した
IPA の O-H あるいは O-C 結合のピークが重なったことが考えられ、531 eV 付近のピークが低エネルギー側にシフトしたのは基板の Ti とガスの O との新たな結合が生まれたことが原因と考えられる。また、蛍光X 線収量法は表面敏感ではないにも関わらず表面のナノ粒子や吸着種がスペクトルに反映されるのは試料の TiO2 薄膜部がanatase の粒子の集まりとして粉末に近い状態にあり、表面積の割合が多くを占めて
Fig.1 各条件下の XAFS スペクトルいるためであると考えられる。

P2-031F ＜触媒科学＞
AR-NW14A

時間分解 XAFS を用いた不均一系光触媒の動的構造解析
Dynamic structural analysis of heterogeneous
photocatalyst using time-resolved XAFS
野澤俊介 1, 工藤昭彦 2
物質構造科学研究所 1, 東京理科大学 2【はじめに】
人工光合成研究において実用化レベルまで光触媒の機能性を高めるには、
光触媒反応を素過程に分解し、光励起状態における構造・電子状態を可視化
して、効率向上の阻害要因となっているキャリア再結合のメカニズム、触媒反応活性点、表面・界面における反応機構などについて詳細に理解することが重要である。高性能な半導体光触媒材料の設計を戦略的に行っていくために、半導体（不均一系）粉末光触媒の光反応について、これまで AR-NW14A において開発されてきたピコ秒時間分解 XAFS を用いて動的構造研究を行った。X
線測定の特長である原子選択制や、分子構造の可視化能力を最大限に生かし、光反応過程において過渡的に生成・消滅する励起状態を測定対象として、その構造や電子状態を直接観察することを試みた。
【結果と考察】
可視光照射下で高活性水素発生を示す不均一系光触媒 CuLi1/3Ti2/3O2[1]について、放射光 X 線を利用した時間分解 XAFS を実施した[2]。測定では、光励起後、Cu サイトの酸化数が変化し、Cu 周りの構造変化に起因した EXAFS
振動構造の変調が測定されている。解析を進めることで、光励起キャリアの経路分析、キャリアトラップに起因した局所的な構造歪み、キャリア注入による担持金属の電子状態変化、等を詳細に議論し、構造と電子状態の視点から新規光機能材料開発における設計指針を与えることを目指していく。
【参考文献】
1）K. Iwashina, A. Iwase, S. Nozawa, S, Adachi, and A. Kudo, Chem. Mater. 2016,
28, 4677.
2）S. Nozawa, S. Adachi, S. Koshihara et al. J. Synchrotron Rad. 2007, 14, 313.

P1-043G ＜表面・界面科学＞
PF-BL7A

オゾン暴露によるマンガン鉱物触媒の開発と機能解明
Development and Function Elucidation ofManganese Mineral Electrocatalyst by O3 Exposure〇恒川舜 1 吉田真明 1,2
山口大学工学部応用化学科, 山口大学ブルーエナジーセンター(BEST)

化石燃料に頼らない持続可能な社会の実現のため、再生可能エネルギ
ーを利用した水電解による水素製造プロセスが提唱されている。しかし、酸素生成側に大きな過電圧が必要なため、水電解全体の効率が阻害されていることが問題となっている。そこで、高活性で安定な酸素生成触媒の開発が検討されてきた。中でも、リン酸カリウム溶液中の Mn 酸素生
成触媒は幅広い pH で機能し、高い触媒活性と自己再生特性を有していることが報告されている(M. Huynh et al., J. Am. Chem. Soc. 2014, 136,
6002.)。これまでに我々もこの触媒材料を Mn-K 端 XAFS で測定・分析し、3 価の Mn が反応活性に寄与していることを明らかにしてきた。一方、天然には 3 価の Mn を持つ MnOOH 鉱物が存在している。そこで本研究
では、MnOOH 鉱物を利用した触媒開発と XAFS による機能解明を目指
して実験を行った。
まず、MnOOH 鉱物を粉末状にし、O3 ガス雰囲気下に晒すことで表面処理を行った(図 1)。続いて、導電性基盤上に張り付けて電気化学活性試験を行った所、高電位において水の酸化電流が観測され、触媒として機能することを見出した。次に、電子収量法を用いて MnOOH の Mn-K 端
EXAFS 測定を行った所、O3 ガスに晒すことで Mn-O 及び Mn-Mn ピー
クがわずかに減少し、 MnOOH の構造に歪みが生じていることが示唆された。これは、鉱物表面に欠陥が生じているためであると考えられ、この欠陥構造が触媒活性に寄与しているものと推測される。発表では、O-K
端 XAFS や様々な分光法で調べた結果と触媒活性との相関について詳細に議論することを予定している。

図 1 オゾン暴露機構の概要

P1-044G ＜表面・界面科学＞
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P1-045G ＜表面・界面科学＞
PF-BL13B

Cu(111)ୖ䛾 CeO2(111)䜶䝢䝍䜻䝅䝱䝹⭷䛻྾╔䛧䛯
2-cyanopyridine 䛾྾╔≧ែ䛾◊✲
Study on adsorption state of 2-cyanopyridine
adsorbed on CeO2(111) epitaxial film on Cu(111)
市川理世 1, 伊勢川和久 1, 豊島遼 1, 間瀬一彦 2,3,
田村正純 4, 中川善直 4, 中山哲 5, 冨重圭一 4, 近藤寛 1
1
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CeO2(111)⾲㠃䜈䛾 2-cp 䛾≉␗ⓗ䛺྾╔≧ែཬ䜃྾╔䜶䝛䝹䜼䞊䜢ㄪ䜉䜛䛣䛸䜢┠ⓗ䛸䛩䜛䠊䛆᪉ἲ䛇 つ๎ᛶ䛾㧗䛔 CeO2(111)⾲㠃䜢ᚓ䜛䛯䜑䠈Ύί໬䛧䛯 Cu(111)ୖ䛻O2 㞺ᅖẼୗ䛷㔠ᒓ Ce 䜢⵨╔䛩䜛᪉ἲ䜢᥇⏝䛧䛯䠊䛣䛣䛻 5 L 䛾 2-cp 䜢ᭀ㟢䛧䠈XPS ᐃ䜢⾜䛳䛯䠊䛆 ⤖ ᯝ 䛸 ⪃ ᐹ 䛇
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CeO2 䛾䠄111䠅㓄ྥ䜢♧ 䛧 䛯 䠊 XPSᐃ䛛䜙䠈Ce 䛿᏶඲䛺 4 ౯䛷䛒䜚䠊2-cp 䛜྾╔䛩䜛䛸䠏౯ᡂศ䛜⏕䛨䛯䛣䛸䛛䜙, 2-cp 䛛䜙 Ce
Fig. 1. CeO2 に吸着させた 2-cp の温度依存性䜈䛾㟁Ꮚ౪୚䛜䛒䜛䛣䛸䛜ศ䛛䛳䛯䠊N
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ᐃ䜢⾜䛖䛸䠈N1s, C1s ඹ䛻
130℃䛛䜙 150℃䛷ῶ⾶䛩䜛䛯䜑䠈䛣䛾 ᗘ䛷 2-cp 䛜⬺㞳䞉ศゎ䛧䛶䛔䜛䛣䛸䛜ศ䛛䛳䛯䠊䛣䛾⬺㞳 ᗘ䛿㓟໬≀⾲㠃䛾䝢䝸䝆䞁䛾⬺㞳 ᗘ䛻ẚ䜉䛶䛛䛺䜚㧗䛟䠈2-cp 䛸 CeO2 䛾㛫䛻ᙉ䛔┦஫స⏝䛜䛒䜛䛣䛸䜢♧䛧䛶䛔䜛䠊[1] M. Tamura et al., Nature Commun. 6, 8580 (2015).
[2] M. Tamura et al., J. Am. Chem. Soc. 139, 11857 (2017).

P1-046G ＜表面・界面科学＞
㻹㻸㻲㻌 㻮㻸㻝㻜㻌඲཯ᑕ୰ᛶᏊ⥺䛻䜘䜛ⷧ⭷୰䛾ඖ⣲ศᯒ㻌Elemental analysis in thin films using neutron totalreflection䕿Ỉἑ㻌 䜎䜚 㻝㻘㻞㻌 䞉㻌 ᱜ஭㻌 ೺ḟ 㻞㻌 䞉㻌 ᒣᓮ㻌 ኱ 㻟㻌 䞉ཬᕝ㻌 ೺୍ 㻟㻌 䞉㻌 ཎ⏣㻌 ṇⱥ 㻟䞉ఀ⸨㻌 ᓫⰾ 㻝㻝㻌 㻯㻾㻻㻿㻿㻘㻌 㻌 㻌 㻞㻌 㻺㻵㻹㻿㻘㻌 㻌 㻟㻌 㻶㻭㻱㻭䠋㻶㻙㻼㻭㻾㻯୰ᛶᏊ཯ᑕ⋡ἲ䛿㏱㐣⬟䛜㧗䛔୰ᛶᏊ䛾≉ᛶ䜢⏕䛛䛧ᅛᾮ⏺㠃䛺䛹䛾῝䛟ᇙ䜒䜜䛯⏺㠃䛾ᵓ㐀ศᯒ䛻᭷ຠ䛷䛒䜛䚹ⓑⰍ䝟䝹䝇୰ᛶᏊ䜢౑䛔㣕⾜᫬㛫ἲ䛷 ᐃ䜢⾜䛘䜀䚸ゅᗘ㉮ᰝ䜢⾜䛖䛣䛸䛺䛟୍ᗘ䛻ᗈ䛔 㼝㼦 ⠊ᅖ䜢 ᐃ䛷䛝䜛䛯䜑䚸⏺㠃䛾ኚ໬䜢᫬ศ๭ ᐃ䛩䜛䛣䛸䛜ྍ⬟䛷䛒䜛䚹㻌୰ᛶᏊ཯ᑕ⋡ἲ䛷䛿䚸ᩓ஘㛗ᐦᗘ䛾῝䛥᪉ྥ䛾ศᕸ䜢ồ䜑䜛䛣䛸䛻䜘䜚⾲㠃㏆ഐ䛾ᵓ㐀䜢ゎᯒ䛩䜛䚹䛩䛺䜟䛱䚸ヨᩱ῝䛥᪉ྥ䛾ᐦᗘศᕸ䛿䜟䛛䜛䛜䚸໬Ꮫ⤌ᡂ䛾᝟ሗ䛿ᚓ䜙䜜䛺䛔䚹ከ✀䛾ඖ⣲䛜ඹᏑ䛩䜛⣔䜔⤌ᡂ䛜ኚ໬䛩䜛⣔䛷䛿䚸୰ᛶᏊ཯ᑕ⋡ἲ༢⊂䛷䛾ゎᯒ䛿㞴䛧䛟䚸ඖ⣲ศᯒ䜢ే⏝䛩䜛ᚲせ䛜䛒䜛䚹㻌⾲㠃䜔ⷧ⭷䛾⤌ᡂ䜢㠀◚ቯⓗ䛻ㄪ䜉䜛᪉ἲ䛸䛧䛶඲཯ᑕ⺯ග 㼄 ⥺ἲ䛜䛒䜚䚸㼄 ⥺཯ᑕ⋡ἲ䛸ే⏝䛥䜜䛶䛔䜛䚹ᮏ◊✲䛷䛿䚸䛣䜜䛸㢮ఝ䛧䛯⪃䛘᪉䜢୰ᛶᏊ཯ᑕ⋡ἲ䛻ᛂ⏝䛧䛯䚹཯ᑕ⋡ ᐃ䛾㝿䛻ヨᩱ䛸୰ᛶᏊ䛾᰾཯ᛂ䛻䜘䜚⏕䛨䛯䜺䞁䝬⥺䜢᳨ฟ䛧䚸⾲㠃䜔⏺㠃䛾ඖ⣲᝟ሗ䜢ᚓ䜛䛾䛷䛒䜛䚹䛣䛾㐣⛬䛷ᚓ䜙䜜䜛䜺䞁䝬⥺䛿⺯ග 㼄 ⥺䜘䜚䜒䜶䝛䝹䜼䞊䛜㧗䛔䛣䛸䛛䜙䚸㟁ゎ㉁⁐ᾮ୰䛾㍍ඖ⣲䜒᳨ฟ䛷䛝䜛䚹㻌䛣䛾᪉ἲ䜢ᐇド䛩䜛䛯䜑䚸㻶㻙㻼㻭㻾㻯㻌㻹㻸㻲㻌㻮㻸㻝㻜 䛻ᑠᆺ཯ᑕ⋡ィ䜢タ⨨䛧䚸ྛ✀䛾ሷ䜢ྵ᭷䛥䛫䛯䝫䝸䝬䞊ⷧ⭷䛾୰ᛶᏊ཯ᑕ⋡ ᐃ䜢⾜䛖䛸ྠ᫬䛻ヨᩱ䛛䜙⏕䛨䜛䜺䞁䝬⥺䜢 ᐃ䛧䛯䚹㣕⾜᫬㛫䛜▷䛔㧗䜶䝛䝹䜼䞊୰ᛶᏊ䛾ᙳ㡪䜢㝖䛟䛯䜑䚸ཌ䛥 㻣㻡 䟚䛾 㻮㼕 䝣䜱䝹䝍䞊䜢ᤄධ䛧䚸㏿䛔୰ᛶᏊ䛜ヨᩱ䛻฿㐩䛩䜛䝍䜲䝭䞁䜾䛷䛿ィᩘ䛧䛺䛔䜘䛖䛻䜺䞁䝬⥺᳨ฟჾ䛻䝀䞊䝖ಙྕ䜢ධຊ䛧䛯䚹
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PF-BL7A、PF-BL9A、PF-BL16A

吸着炭酸イオンによる水分解触媒の高活性化とオペランド XAFS 観測による機能解明
Enhancement of Electrocatalytic Activities for Water
Splitting by Adsorbed Carbonate Ion and the Functional
Elucidation by Operando XAFS Observation
森山大士 1、長坂将成 2、湯沢勇人 2、吉田真明 1 3
１ 山口大学、2 分子科学研究所、3 ブルーエナジーセンター
1、目的
持続可能な水素エネルギー社会の実現に向けて再生可能エネルギーによる水電解プロセスが提唱されている。水電解においては酸素生成時の過電圧が課題となっており、効率のよい酸素生成触媒の開発が盛んに行われている1。そこで本研究では、ニッケルとコバルトの二種の金属酸化物に炭酸を吸着させ、酸素生成触媒の活性化を試みた（炭酸ニッケル触媒 Ni-Ci、炭酸コバ
ルト触媒 Co-Ci）。また各触媒に対してオペランド XAFS 観測をおこなうことにより、触媒の反応機構や機能解明を行った。
２、実験
まず、炭酸電解質溶液中で電析することで各触媒を調製し、活性試験を行った。続いて、KEK-PF の BL9A 及び SPring-8 の BL01B1 において、触媒活性電位（1.7V vs. RHE）と非活性電位（1.2V vs. RHE）における Ni-K 端および
Co-K 端 XAFS 測定を行った。さらに、UVSOR の BL3U において C-K 端 XAFS
測定 2 を行った。
３、結果と考察
触媒活性試験の結果から、各触媒は硫酸溶液中よりも炭酸溶液中で高い触媒活性を持つことを見出した。そのため、各触媒の Ni-K 端および Co-K 端
XAFS 測定を行うと、触媒反応下において Ni-Ci 触媒はγ-NiOOH、Co-Ci 触媒
は CoOOH 構造となっていることが分かった。次に C-K 端 XAFS 測定を行うと、各触媒には炭酸イオンが吸着している様子が観測され、触媒の安定化に寄与していることが示された。そのため、Ni-Ci 触媒および Co-Ci 触媒は炭酸イオンの吸着によって活性種であるγ-NiOOH や CoOOH 構造が安定化され、優れた水分解触媒として機能することが明らかになった。
参考文献[1] M. W. Kanan et al., Science, 321 1072 (2008).
[2] M. Nagasaka et al., J. Phys. Chem. C, 117 16343 (2013).

P1-048G ＜表面・界面科学＞
PF-BL13B

高感度 H2 検知 Pt 薄膜センサのオペランド AP-XPS 分析
Operando AP-XPS Analysis of a Pt Thin Film Sensor
for High-Sensitive H2 Detection
豊島遼 1、田中貴久 2、加藤太朗 2、内田建 2、近藤寛 1
1 慶大理工、 2 東大工
H2 検知センサは、呼気や皮膚ガスによる疾病の早期発見、排気ガスによる自動車の状態診断、工業製品の品質検査など、様々な場面で重要度が高まっている。最近、大気・呼気中の H2 ガスを高感度(1 ppm)に検知可能な Pt 薄膜センサが開発された(Tanaka et al., Sens. Actuators B Chem. 2018, 258, 913.)。
Pt 薄膜センサは、電圧印加時の抵抗変化から H2 ガス存在量を計測する。周囲のガス雰囲気が変化すると、それに応じてセンサ表面の化学状態や構造(酸化・還元)が変化すると想定されるが、動作時の表面状態は十分に理解されていない。本研究は、センサ動作の定量的モデル確立を目指して、H2 ガス
雰囲気中の抵抗変化と XPS の同時分析(オペランド分析)を実施した。
AP-XPS を用いたオペランド分析は、PF の BL-13B で行った(Toyoshima etal., J. Phys. Chem. C 2012, 116, 18691.)。試料は SiO2/Si 基板上に成膜した Pt
薄膜(厚さ 5 nm)を用いた。図 1 にオペランド分析の結果(一例)を示す。抵抗変化(ΔR/R) から、H2 導入前の超高真空(UHV)と比較して 100 mTorr の H2 ガス
雰囲気中では抵抗が低下しており、H2 検知センサとしての動作が確認された。
UHV と H2 ガス雰囲気中で測定した XPS では、H2 ガス雰囲気中の Pt 4f スペク
トルが低エネルギー側へシフトした。このことから、Pt 表面が酸化状態から金属状態に変化することがセンサ動作と関係することが示された。

図 1 H2 ガス雰囲気中の Pt 薄膜センサのオペランド分析(一例)：(a) 抵抗測定(センサ動作)、(b) Pt 4f7/2 XPS スペクトル(表面状態)

P1-049G ＜表面・界面科学＞
PF-BL13A

軟 X 線転換電子収量大気圧表面 XAFS 測定セルの開発
The Development of Soft X-ray Conversion Electron
Yield Ambient Pressure Surface XAFS System
清水啓史 1, 伊勢川和久 1, 市川理世 1, 豊島遼 1, 武安光太郎 2, 中村潤児 2,
間瀬一彦 3, 近藤寛 1
1 慶大理工, 2 筑波大数理物質, 3 KEK-放射光
X 線吸収微細構造(XAFS)法は測定環境の制約が少ない化学分析手法であり, 様々な分野で活用されている. 中でも転換電子収量 XAFS は表面敏感な測定手法であり, He ガスを電離して得られた電子を収集することで大気圧条
件での測定を可能としている. しかし, 物質透過力の低い極端軟 X 線領域においては環境中のガスの影響が著しく, 常圧での動作を前提とする多くの触媒の表面分析には用いられていない. 本研究では, 大気圧反応ガス存在下において触媒表面のその場分析を行うために, 1000 eV 以下の極端軟 X 線転換電子収量大気圧 XAFS 測定セルを開発することを目的とした.
大気圧条件で作動条件下の触媒に対して軟 X 線転換電子収量 XAFS を測定することを目指して, 下図のような測定セルの立ち上げを行った. 測定セル
は 2 枚のフランジ(ICF70 規格)で構成されており, 内部で集電電極用の Au を蒸着した X 線窓(100 nm 厚, SiC)を用いて大気圧ガスが流れる試料室とビームラインを仕切っている. Au 電極は試料から数ミリ程度の距離に設置し, 可変バ
イアス電圧源とピコアンメータにより, 転換電子を捕集, 計測する.
図に示したセルを用いて, 標準試料として大気圧 He 中の TiN 粉末の Ti-L 端 XAFSの測定を行ったところ, バイアス電圧 0 V
では, He+イオン収量によると考えられるス
ペクトルが得られるのに対し, バイアス電圧を+9 V にすると電子収量によるとみられるスペクトル信号が検出された. 今回は
100 nm 厚 SiC 膜が破断しやすいため印加
電圧依存性を調べることができなかったが, 大気圧中でも試料の極端軟 X 線
XAFS が測定できることを確認できた.
今回の測定セルを燃料電池に改造した
セルでの発電も確認しており, 今後は, 印
加電圧による電子収量増幅の最適化を行いながら, 燃料電池の軟Ｘ線 XAFS オペラ
図: 転換電子収量大気圧
ンド計測が行える装置の開発を目指す.
XAFS セル断面図

P2-032G ＜表面・界面科学＞
PF BL-9C

TREXS と IRRAS を組み合わせた複合多面的な表面研究環境の構築
Multi-Modal Surface Research Equipment by
Combining TREXS and IRRAS
阿部仁 1,2,3、丹羽尉博 1、木村正雄 1,2・1KEK 物構研、2 総研大高エネ研究科、3
茨城大理工学研究科

in situ XAFS 測定によって化学反応の実時間観測が行われているが、これは通常バルク敏感であり、表面観察には適用が難しい。我々は、ガス雰囲気下で表面敏感に実時間反応追跡が可能な手法を開発し、全反射 X 線分光法(TREXS,
Total REflection X-ray Spectroscopy)と名付けた[1,2]。TREXS スペクトルの Near
Edge 領域を使って表面反応を実時間観測でき、表面感度~2 nm で表面 NiO の
Ni への還元反応を観察した[2]。また、TREXS スペクトルに Kramers-Kronig の関係
式を用いることで”XAFS”スペクトルが得られ、通常の EXAFS 解析も可能である。
表面反応の多面的な理解のため、表面分子種を観測可能な赤外反射吸収分
光法(IRRAS, Infrared Reflection Absorption Spectroscopy) を TREXS と組み合わせる開発を行った[3]。Ni(30 nm)/Si wafer について、表面酸化過程で得たスペク
トルを Fig. 1 に示す。Ni の酸化数（電子状態）の変化と、Ni 表面での化学種の挙動を同時に捉えられたと考えている。数 nm 程度の表面層での反応、それに関わる表面種の観察が可能で、腐食や表面改質等の理解への応用を考えている。
XAFS 測定は PF-PAC Nos. 2013G546, 2015G551, 2017G686, 2019G676 で行った。科学研究費補助金若手研究(A)JP16H05992 の助成を受けた。

Fig. 1. (a) Ni(30 nm)/Si wafer の表面酸化過程で測定した TREXS スペクトル。(b)
同時測定した IRRAS スペクトル。
[1] H. Abe, et al., J. Phys.: Conf. Ser. 502, 012035 (2014).
[2] H. Abe, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 55, 062401 (2016).
[3] H. Abe, et al., AIP Conf. Proc. 2054, 040016 (2019).

P2-033G ＜表面・界面科学＞
使用ステーション／PF BL-13B

100～450℃に加熱した無酸素 Pd/Ti 非蒸発型ゲッターのXPS による表面分析と排気速度測定
Surface analysis and pumping speed measurementsof oxygen-free palladium/titanium nonevaporable
getter after heating at 100–450 °C
宮澤徹也 1，菅原裕太 2，吉川一朗 2，佐藤裕太 3，大野真也 3，岡田朋大 4，松本益明 4，菊地貴司 5，○間瀬一彦 5
1 総研大，2 東大新領域，3 横国大，4 学芸大，5KEK 物構研
非蒸発型ゲッター（nonevaporable getter，NEG）は真空中で加熱して室温に戻すと活性ガスを排気する材料である．最近我々は無酸素 Pd/Ti という新しい NEG を開発した[1]．無酸素 Pd/Ti コートした真空容器を 150℃でベーキングして室温に戻すと，H2 と CO を排気する [2]．しかしながら無酸素 Pd/Ti
は，H2O などの他の主要な残留ガスは排気しない．我々は無酸素 Pd/Ti
を加熱して Ti を表面に析出させれば，H2 と CO 以外の残留ガスも排気できると考え，無酸素 Pd/Ti を 100～
450℃で加熱したのち，放射光 X 線
光電子分光法によって分析するとともに（図 1），H2，CO に対する排気速度を測定した（図 2）．その結果，Pdの厚みが 15 nm の場合は 300℃で10 分加熱するとに Ti が表面に偏析し，Pd の厚みが 2～40 nm の場合は，
図１．加熱後の無酸素 Pd/Ti の XPS
250℃で 12 時間ベーキングすると Ti が表面に偏析することがわかった[3]．
[1] T. Miyazawa et al., J. Vac.
Sci. Technol. A 36, 051601(2018).
[2] T. Kikuchi et al., AIP Conf.
Proc. 2054, 060046 (2019).
[3] T. Miyazawa et al., J. Vac.
Sci. Technol. B 37, 062923(2019).
PF-PAC 課題番号：2018PF-20
図２．加熱後の H2 に対する排気速度

P2-034G ＜表面・界面科学＞
J-PARC/MLF, BL17

中性子反射率イメージング
Neutron reflectivity imaging
桜井健次 1,2，蒋金星 2,1, 水沢まり 3,1,伊藤崇芳 3,阿久津和宏 3,宮田登 3
1物材機構、2 筑波大、3CROSS○

基板上に積層された薄膜の形態で利用される機能性材料は多い。ナノスケー
ルでの新しい創製・制御法の開拓や条件探索により、特性や機能がいかに改良されるかという問題は常に関心事である。その効果は、薄膜界面の構造の制御と密接に関係しており、従って、薄膜界面のナノスケールの構造の理解は重要である。積層方向の構造は、断面試料の電子顕微鏡観察により検討されることが多いが、これとほぼ等価な情報を非破壊的に、迅速・高効率に取得するにはＸ線・中性子反射率法[1]が用いられる。中性子反射率法は被覆がついている膜や固液界面にも適用できる点、たいへん魅力的である。他方、現実の薄膜では、試料内での不均一さに注意を払うことも重要である。電子顕微鏡ではごく一部の領域の観察にとどまるし、中性子反射率法は広面積の平均的な構造を議論しているため、両者ともに、全体から見ればわずかな面積・体積になる特定部位の構造の差異を見落とすリスクがある。そこで、この問題を解決するため、積層構造の試料上の場所による差異を画像化する新しい技術[2, 3]を世界に先駆けて開発した。
ＢＬ１７の標準的な中性子反射率セットアップにわずかな変更を行い、試料面
内回転機構を試料位置に、３Ｈｅ検出器の前に Coded Mask およびその走査機構を取り付ける。測定される生データ（反射強度のＴＯＦデータ）のセットから、
reflectogram や sinogram を作り、コンピュータ・トモグラフィに近い数学的な方法で、試料上の全地点の中性子反射率プロファイルを集合させた動画像として取得する。このデータ群から任意の深さの埋もれた界面を可視化することができる。微小ビームは用いておらず、通常の中性子反射率の測定と同じビームサイズであるが、試料上の特定地点の反射率プロファイルが得られる。
最初の実験では、空間分解能約１ｍｍ程度（用いたマスクのスロットサイズ）で実施した。ビームタイムが得られれば、今後改良を進める計画である。
参考[1] 桜井健次編著, 「新版 Ｘ線反射率法入門」 (講談社，2018）．
[2] 桜井健次，"イメージングと融合する新しい中性子反射率法"、波紋 28,
187-191 (2018).
[3] Kenji Sakurai, Jinxing Jiang, Mari Mizusawa, Takayoshi Ito , Kazuhiro
Akutsu and Noboru Miyata, "Neutron visualization of inhomogeneous buriedinterfaces in thin films", Scientific Reports, 9, 571 (2019).

P2-035G ＜表面・界面科学＞
PF BL9C、12C

簡易型低温偏光全反射蛍光 XAFS 測定装置の開発
Development of a facile Low-temperature
Polarization-dependent Total Reflection
Fluorescence XAFS measurement
田 旺帝１、阿野大史２、椿俊太郎２、遠藤理３、仁谷浩明４
１ 国際基督教大学、２ 東京工業大学、３東京農工大学、４ KEK-IMSS-PF

金属－担体相互作用は表面金属種の構造，分布，物性に大きな影響をあたえる重要な設計パラメータの一つである。XAFS は，この基本命題に結合論的な情報を与えると期待されているが、一般的な XAFS 法では 1 次元空間に投影した構造情報しか得られず、金属―担体結合に関する構造情報のみを選択的に取り出すことが難しい。一方、偏光全反射蛍光 XAFS (PTRF-XAFS)は、金属種や金属錯体、ナノ粒子などを導入した単結晶などの平滑な表面を用い、基板の向きを変えることで偏光依存測定が可能となり、3 次元的な構造情報が取得できる[1]。また、全反射条件で蛍光 X 線を測定することで，表面敏感性を増した高い S/B での XAFS 測定が可能となり、これまで特定することの難しかった触媒の活性点と担体との相互作用に関する構造情報を与えてきた。
本研究では、こうした PTRF-XAFS をさらに高度化できる、低温雰囲気下
PTRF-XAFS（LT-PTRF-XAFS）装置の開発を進めいる[2]。XAFS では低温雰
囲気下で測定を行うことで熱的 Debye-Waller（DW）因子による EXAFS 振動の減衰が抑えられ、室温での測定に比べ、EXAFS 振動の S/N が向上し、その結果フーリエ変換後の動径構造関数においても長い結合長側までのピークを取得することが可能になる。したがって、LT-PTR-XAFS により、熱的 DW 因子の影響をうけやすいナノ粒子や活性点と担体との結合教式などを精度よく決定することが期待できる。
本シンポジウムでは、低温測定の利便性に重点を置き、液体窒素を寒剤とする超小型低温 (80 K) LT-PTRF-XAFS 測定装置の開発状況とともに、単結
晶 TiO2(110)表面における Au および Pt ナノ粒子の計測例を紹介する。
[1] Chun, W.-J. et al., J. Phys. Chem. B, 102, (1998) 9006–9014.
[2] Chun, W.-J. et al., Photon Factory Activity Report 2018 #36 (2019).
（謝辞）
本研究は JSPS 科研費 16K05730 の助成を受けたものです。

P2-036G ＜表面・界面科学＞
BL-27A

固体及び水溶液系の蛍光 XAFS における Multi-atom
resonance
Multi-atom resonance in fluorescence XAFS for solidand solution
馬場祐治、下山 巖
日本原子力研究開発機構
Multi-atom resonance (MAR)は光電子分光において初めて報告された現象である[1]。この論文では、MnO の Mn 2p3/2 吸収端付近の X 線照射により O
1s 光電子強度が増大することが報告された。一方、蛍光 XAFS では MAR は起こらないとの報告もあり[2]、現在のところ理論、実験ともに統一的な見解は得られていない。本研究は、単純な二成分系分子（KCl、CaCl2、etc.）の蛍光
XAFS 測定により、MAR が起こるかどうかを固体および水溶液系で比較してみた。固体試料は測定分子をセルロース粉末に混ぜてプレスした錠剤を用いた。
Fig. 1 は、KCl について、カリウム K-吸収端付近で放射光エネルギーを掃引し、Cl K線の強度をプロットしたものである。KCl の濃度は 1%であり、X 線の自己吸収（マトリックス効果）は無視できる。● で示した固体の場合、カリウムの K-吸収端付近(～
3615 eV)で強度の減少が認められた。このエネルギーは、カリウムの 1s→4p*共鳴吸収ピークに対応しているので、強度変化は MARによるものと考えられる。一方、 〇 で示した Fig. 1 KCl のカリウム K-吸収端近水溶液では、強度の変化は認められなかっ 傍における Cl K X 線の強度変化。
：固体、〇：水溶液。濃度はともにた。これは K と Cl がイオンに解離しているた ●1%。
め と 考 え ら れ る 。 同 様 の 結 果 は 、 CaCl2 、SrCl2 などにおいても認められた。MAR が起こる機構の詳細は不明であるが、次のことは言える。一般に内殻電子のイオン化は原子に固有の現象であり、化学状態によってイオン化断面積は変わらないとされてきた。しかし分子や固体のような多原子から成り立つ物質の場合、ある原子の内殻共鳴励起の際、最隣接原子のイオン化が摂動を受ける。つまり分子全体としての内殻イオン化断面積を考える必要があると考えられる。
[1] A.W. Kay, C.S. Fadley et al., J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 101-103,
647 (1999).
[2] A. Moewes and E.Z. Kurmaev, Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A, 467–468,
1529 (2001).

P1-050H ＜環境・地球科学＞
PF-BL8B, BL9C

Magnetite–maghemite–hematite 相転移
The magnetite–maghemite–hematite transformation
杵渕 伊吹，興野 純，佐野 喜成
筑波大学生命環境科学研究科
1. はじめに
地殻中に普遍的に存在する磁鉄鉱(magnetite Fe3O4)は Fe2+が Fe3+に酸化することによって赤鉄鉱(hematite -Fe2O3)に変化する．この酸化過程において，中間相として磁鉄鉱と同形構造であるマグヘマイト(maghemite -Fe2O3)が形成される．マグヘマイトは磁鉄鉱中の八面体席の一部が空隙になったものである．磁鉄鉱の酸化メカニズムの解明は，火成岩や堆積岩の風化における帯磁率変化の解明につながるが，磁鉄鉱の局所構造の連続的な変化については未解明な部分が多い．そこで本研究では，磁鉄鉱からマグヘマイトを経て赤鉄鉱までの相転移メカニズムを解明するために，X 線吸収微細構造(XAFS)
測定と X 線回折(XRD)測定によって，磁鉄鉱の酸化過程での Fe 周囲の連続的な局所構造変化と結晶全体の長距離構造の変化を調べた．
2. 実験手法
試料は購入した Fe3O4(富士フイルム和光純薬，99%)粉末を 100，150，200，
250，300，350，400，450，500℃でそれぞれ 3，6，12，18，24 時間空気中に保持したものを使用した．XAFS 測定は KEK，PF-BL9C で実施し，透過法でFe-K 吸収端を測定した．XRD 測定は KEK，PF-BL8B で実施し，X 線の波長は0.6526Åとした．
3. 結果と考察
XANES から，加熱温度の上昇，加熱時間の増加に伴って Fe3+の割合が増加し，最終的に全ての Fe が 3 価になることが分かった．EXAFS の動径構造関数から加熱温度の上昇に伴って magnetite 内の Feoct の存在に依存するピークが減衰し，その後 hematite の構造を示す関数へと変化すると分かった．XRDから，加熱温度の上昇，加熱時間の増加に伴ってまず八面体の空孔が秩序的な maghemite に特徴的なピークが出現し，その後，magnetite と maghemiteのピークが減少し hematite のピークが出現，増加していくことが分かった．以上の結果から magnetite の酸化では，まず一部の八面体の Fe-O 結合が切れ，Fe が拡散して maghemite となる．その後，中心が空孔となった八面体と Fe-O4四面体の Fe と O が再配列することで全てが八面体からなる hematite へと相転移すると考えられる．

P1-051H ＜環境・地球科学＞

放射性セシウムの簡易除染方法の開発
Development of simple decontamination method
for radioactive Cesium.
佐伯夢１、山口淳史１、菊地賢司 2、新村信雄 2、田中伊知朗 3
１ 茨城大院理工、２ 茨城大工 ３ 茨城大フロンティア
福島第一原子力発電所の事故から 9 年弱となる現在でも、放射性物質を含む汚染土壌の除染・処理方法については未だに解決していない問題である。
特に、Cs137 については半減期が約 30.1 年と長く、量も多いため、最優先で解決するべき問題である。現在残っている Cs137 についてはその存在様式が不明であったが、近年この Cs137 が SiO2 を主成分とする原子炉由来の金属元
素を含んでいるという報告が増えた[１]［2］ 。この Cs137 は球状あるいは粒子状であり多くの名前で呼ばれているが、本研究ではセシウムボールと呼ぶ。
我々は、このセシウムボールが土壌と強く結びついていないと考えており、物理的な外力をかけることで分離できると考え、この仮定を基にしたふるい分けによる除染方法を考案した。これは、本研究よりも前に行われた試みにおいても一定の成果を上げている[3]。
本研究では、除染方法の開発に向けた取り組みのために、規格化されたふるいを用いたふるい分けによる、実験室レベルの簡易的な除染方法の有用性を調べた。また、その際にどのような土壌にも対応できるために 300℃以上での乾燥を行っているが、それによるセシウムボールの影響、すなわちセシウム
ボールの熱安定性についても調査した。
研究結果では、目開き 150μm のふるいを用いたふるい分けによる除染効
果があることが確認された。また、乾燥の工程では、300℃～500℃で行ったが、放射能の大きな減少は見られなかった。このことから、ふるい分けに不向きな
湿った土壌や泥などにもふるい分けができる可能性があることを発見した。
[1] Kogure, T .et al. Constituent elements and their distribution in theradioactive Cs-bearing silicate glass microparticles released from Fukushima
nuclear Microscopy 65, P.451–459[2] Kikuchi, K .et al. Detection of Radioactive Cesium on Granular Particle
using Autoradiography, Germanium detector and Energy dispersive X-ray
spectrometry Sci. Rep[3]坂本等 2017 年度量子ビームサイエンスフェスタポスター

P2-037H ＜環境・地球科学＞
PF-BL18C

酸素欠陥ペロブスカイト
Brownmirellite 型構造 Ca2Fe2O5 の高圧相転移
High pressure phase transition of oxygen defecive
perovskite, brownmillerite structure Ca2Fe2O5
桑村 理沙 1，高木 壮大 1，興野 純 2
1 筑波大学生命環境科学研究科，2 筑波大学生命環境系
1. はじめに下部マントルには Fe3+や Al3+といった 3 価の陽イオンが存在し，ペロブスカイト構造である bridgmanite (Mg,Fe)SiO3 の Si と置換することが知られている．
これによって結晶構造中に酸素欠陥が生じ，体積弾性率や圧縮挙動，相転移挙動が変化するため，マントル物性に影響が生じると考えられている．本研究では，酸素欠陥ペロブスカイト構造の圧力効果を調べるため，ペロブスカイト
関連構造のひとつであり brownmillerite Ca2(AlFe)O5 の Fe 端成分である
srebrodolskite Ca2Fe2O5 の放射光高圧 X 線回折 (XRD) 実験を行った．
2. 実験方法
Ca2Fe2O5 試料は固相反応法により合成した． CaCO3 粉末と Fe2O3 粉末を
2:1 の割合で混合し，大気圧下，1000 ℃，17 時間加熱した後，試料をペレット状に押し固めて更に 1200 ℃，50 時間加熱する工程をそれぞれ 2 回ずつ繰り返した．放射光高圧 XRD 測定は，ダイヤモンドアンビルセル (DAC)を用いて KEK-PF BL18 で実施した．実験は，X 線波長 0.615 (1) Å，露光時間 30 分
間，1.0 GPa から 20.2 GPa まで約 2 GPa ステップでの加圧・減圧過程の測定と，波長 0.618 (5) Å，露光時間 15 分間，0 GPa から 25.2 GPa まで約 3
GPa ステップでの加圧過程の測定の 2 回行った．
3. 結果と考察
放射光高圧 XRD 測定の結果，srebrodolskite に見られる(131)，(151)反射は圧力の増加に伴い減少し，21.1 GPa で消滅した．反対に，13.4 GPa から高圧相のものと思われる新たな回折ピークが出現した．高圧相は 25.2 GPa までその構造を維持し，減圧過程で再び srebrodolskite の回折パターンに戻った．
単位格子体積の圧力変化を Birch-Murnaghan 状態方程式にフィットしたとこ
ろ，0 GPa から 9.1 GPa までは先行研究の結果とよい一致を示したが，9.9 GPa
以上から大きくずれはじめた．したがって，本研究から，srebrodolskite は 9.1
GPa まではその結晶構造を保ち，9.9 GPa 以上では高圧相に相転移すると考えられる． Brownmillerite は，端成分間での組成変化による P→I 格子相転移や温度上昇による incommensulate への変化が既に知られており，それらの相転移に関連した結晶構造の変化である可能性が考えられる．

P2-038H ＜環境・地球科学＞
PF-BL8B&9C，SPring-8-BL14B1

熱水環境下における硫化鉄ナノ粒子の構造変化プロセス
Structural change processes of iron sulfide
nanoparticle under hydrothermal conditions
佐野 喜成 1，興野 純 1，米田 安宏 2，髙木 壮大 1，3，山本弦一郎 1
1 筑波大学，2 JAEA，3 KEK-PF
１．はじめに冥王代の海底熱水孔では，マッキナワイト(FeS)，グレイガイト(Fe3S4)，黄鉄鉱(FeS2)などの硫化鉄鉱物が生体有機分子の合成に寄与した可能性が指摘さ れ て い る ( 表 面 代 謝 説 ： Wächtershäuser, 1988) ． Schoonen andBarnes(1991)によると，溶液中で Fe2+と HS-が反応すると最初に硫化鉄ナノ粒子が形成され，それらが元素硫黄(S0)と反応することで最終的に黄鉄鉱が形成される．しかしながら，硫化鉄ナノ粒子が黄鉄鉱に変化する際の構造変化プロセスとメカニズムは未解明である．そこで本研究では，熱水環境下におけるナノ結晶マッキナワイトの構造変化プロセスを明らかにすることを目的に実験を行った．
2．実験方法
まず N2 ガス雰囲気下で Fe2+溶液と HS-溶液を混合することで硫化鉄ナノ粒
子の懸濁液を合成した．続いて得られた懸濁液を元素硫黄の存在下および非存在下に分けて 120 oC で一定時間加熱した．各加熱時間で取り出した固相
は放射光粉末 XRD 測定，放射光 X 線全散乱測定，Fe K 端 XAFS 測定により分析し，鉱物相の同定や結晶構造解析を行った．
3．結果と考察XRD 測定の結果，元素硫黄の非存在下では硫化鉄ナノ粒子は 12 時間後まで安定的に存在した．また，二体相関分布関数(PDF)解析の結果，硫化鉄ナ
ノ粒子はマッキナワイトと同様の中距離原子秩序を有しているが，FeS4 四面体サイトに約 20%の割合で原子欠陥が生じていることが示された．さらに，
XANES からは，硫化鉄ナノ粒子が僅かな Fe3+を含むことが示された．したがって，Fe の欠陥による電荷の不足を補うために，Fe2+が一部 Fe3+に酸化されたと考えられる．一方で，元素硫黄の存在下では 12 時間後に硫化鉄ナノ粒子の大部分が黄鉄鉱に変化すると共に，グレイガイトも僅かに形成された．XANES
解析では，グレイガイトの形成に伴って Fe3+/ΣFe が増加し，黄鉄鉱の形成に伴って Fe3+/ΣFe が減少した．したがって，元素硫黄が酸化剤及び還元剤として作用することで，硫化鉄ナノ粒子からグレイガイト，黄鉄鉱への相変化が引き起こされたと考えられる．動径構造関数(RSF)は黄鉄鉱形成に伴う配位数の増加と S-S 結合の形成を示した．本研究の結果から，熱水環境下における硫化鉄ナノ粒子から黄鉄鉱の形成には元素硫黄が必要であることが示された．

P2-039H ＜環境・地球科学＞“不溶性”放射性 Cｓを含む微粒子の溶解に関する研究
Dissolution study of “insoluble” microparticles
containing radioactive Cs
山口 淳史 1、佐伯 夢 1、菊地 賢司 2、新村 信雄 2、田中 伊知朗 1,2
１ 茨城大院理工 ２ 茨城大フロンティア
東日本大震災に起因する津波によって発生した、東京電力福島第一原
子力発電所事故由来の放射性 Cs（134Cs 及び 137Cs、以下 Cs*）が、広範囲に拡散されたことによって福島県を中心とした放射能汚染が発生した。
Cs*には半減期が約 30 年の 137Cs が大半を占めるため、帰還困難区域では約８年経過した今も、高い放射能レベルのままである。これらの放射能汚染は最優先に解決する必要がある問題であり、除染を行うためには土壌や落ち葉などに含まれている Cs*の性質等を明らかにする必要がある。
初期段階では、上記の Cs*が土壌に吸着されたと考えられていたが、その後の研究で、ほとんどの Cs*の周りを多数の金属元素が取り囲んでいる
アモルファス状態の、顆粒状の粒子であることが示唆された[1]。
本研究では、顆粒状放射性 Cs*の詳細な性質等を明らかにすることを目的として、落ち葉を実験試料として用いて、上記の顆粒状放射性 Cs*がどのように可溶化するのか調査するとともに、イメージングプレートを用いたオートラジオグラフィーによる放射能の分布や簡易ベクレル計による放射能濃度の測定を行った。また、走査型電子顕微鏡を用いたエネルギ
ー分散型 X 線分析により、落ち葉に付着した Cs*を含む顆粒状の粒子における元素分析も行った。最終的に、顆粒状の存在様式の差による水への可溶化する割合を定量・比較[2]するとともに、顆粒に含まれる Cs*は 300℃
程度の温度には安定なことも考察した。
[1] N. Niimura, et al., J. Environ. Radioact. 139 (2015), 234-239.
[2] T. Okumura, et al., Sci. Rep. 9（2019）3520(1-9).

P1-052I ＜高圧科学＞
PF-BL-18C

イオン液体の低温・高圧相転移
Phase transitions of ionic liquids at low temperatureand high pressure
阿部 洋 1、岸村浩明 1、浜谷 望 2、1 防大材料、2 お茶女人間
イオン液体はカチオンとアニオンからなる単純な分子性液体である。電気化学的性質からプロトン性イオン液体と非プロトン性イオン液体に区別される。
非プロトン性とプロトン性に基づく、低温と高圧の結晶多型と結晶化の多経路性を系統的に調べてきた 1)。その結果、イオン液体は理想的な『非平衡液体』と見なされる。イオン性と有機性の性質を取り入れた Cage Energy Landscapeは非平衡度を説明できる 2)。
エーテル結合が非平衡度に与える影響を明らかにするために、エーテル結合をもたない[C4mim]+ カチオンとエーテル結合を有する[DEME]+ と [MEMP]+
カチオンを比較した（図 1）。
[PF6]‐[TFSI]‐
ア ニ オ ン は 、 [NO3]-,[BF4]-, [PF6]-, [TFMS]-,[TFSI]- であり、カチオンとアニオンの組み合わせを変えて、低温と高圧のX 線回折実験を行った。
[PF6]- アニオンはカチオンの種類に関係なく低温・高温で結晶化する。これに対し、[TFSI]- アニオ
CrystalAmorphous
ンは、アモルファス化を引き起こす。結晶化とアモ 図 1 各カチオンとアニオンのアモルファス化と結晶化。
ルファス化に加えて、低
赤い矢印はエーテル結合を示す。
温結晶化や減圧結晶化
はイオン液体の非平衡度を表している。さらに、大きい単位胞や柔軟性結晶もイオン液体に内在する非平衡性を示す。
エーテル結合を有する[DEME][PF6], [MEMP][NO3], [MEMP][PF6] の結晶の単位胞は大きく、かつ、複雑な相挙動を示す。つまり、カチオンのエーテル結合はイオン液体の非平衡度の度合いを大きくする効果がある。
1) H. Abe, H. Kishimura, T. Takekiyo, Y. Yoshimura, N. Hamaya, J. Mol. Liq. 283 (2019) 196–207.
2) R. Shi, Y. Wang, Sci. Rep. 6 (2016) 19644-12.
3) H. Abe, H. Kishimura, T. Takekiyo, T. Hanasaki, Y. Yoshimura, J. Mol. Liq. (2020) in press.

P1-053I ＜高圧科学＞
PF／BL-10A

異極鉱における圧力誘起の衛星反射
Pressure-induced satellite reflections ofhemimorphites
岡本啓太郎 1、栗林貴弘 1、長瀬敏郎 2
1 東北大・院理、2 東北大・総学博
異極鉱 (hemimorphite) Zn4[Si2O7](OH)2・H2O は、主に亜鉛鉱床の二次鉱物として産出する。頂点を共有する配位四面体[SiO4 & ZnO3(OH)]で構成されており、チャネル(//c)中に水分子と OH 基を含む。異極鉱は約 2.8 GPa を境界として、二次構造単位(SBU)の回転に起因する圧力誘起相転移(Imm2→Pnn2)を生じる[1]。この境界圧力付近における単結晶 X 線回折実験において、新たに観測された衛星反射について報告する。
本実験では、中国産とメキシコ産の単結晶試料を、それぞれ Merrill-Bassett 型
DAC へと封入した。相転移境界とされる 2.8 GPa より低い圧力と高い圧力に試料を加圧し、ビームラインの垂直型四軸自動回折計に設置した。衛星反射がスキャンで観測された場合は、主反射のみに対して連続強度測定を行い、水素席
以外の結晶構造を解析した。
中国産試料では、2.46 ~ 3.01 GPa の間で体心格子の消滅則を破る反射ピークが出現
し 、 同 時 に 約 8.4 倍 周 期 の 衛 星 反 射 も[010]*方向(=指数 k 方向)に出現した。3.01
GPa における構造解析の結果、一部の酸素
席の温度因子が高い異方性を示した(R =7.12%) [右図]。一方メキシコ産試料では、
h+k+l = 2n+1 の反射ピークがまだ出現しない
2.54 GPa の段階で、[010]*方向の衛星反射のみが観測された(約 9.3 倍周期)。同試料を 2.99 GPa まで加圧すると、主反射のピー
クが観測されたが衛星反射が消失していた。
いずれの試料でも、低温相転移に相当する構造変化[2]は認められなかった。本実験で観測された衛星反射は、高圧相転移のメカニズムとされている SBU の回転の有無またはその角度が、[010]方向に不均質であることに由来すると考えられる。
参考文献[1] Seryotkin and Bakakin (2011) Phys. Chem. Min., 37, 689-684.
[2] Libowitzky et al. (1998) Z. Kristallogr., 213, 659-668.

P1-054I ＜高圧科学＞
PF-BL18C

CeCoSi の低温高圧下 X 線回折実験
X-ray Diffraction Study of CeCoSi under Pressure at
Low Temperatures
川村幸裕 1，上田諒大 1, 谷田博司 2, 林純一 1，武田圭生 1，関根ちひろ 1，
室蘭工大 1, 富山県立大 2
RTX(R = 希土類, T = 遷移金属, X = p ブロック元素)はその組み合わせに
より多様な結晶構造を示すことに特徴のある物質群である[1]．その中でCeCoSi は正方晶 P4/nmm の結晶構造を示す[2]．CeCoSi は反強磁性秩序
をネール温度 TN~9 K 以下で示す物質である[3]．加圧すると~1 GPa でこの反強磁性秩序は消失するが，その近傍の圧力下で新たな長距離秩序が出現し，その長距離秩序も~2 GPa 程度で消失する[4]．急激な長距離秩序の消滅生
成は，境界圧力における結晶構造の変化を示唆する．また我々はこれまで室温において 5 GPa 程度で構造相転移を示すことを圧力下粉末 X 線回折実験で明らかにした．この構造相転移圧力が低温において温度とともにどのように変化するのか，また低温における長距離秩序の生成消滅と関係があるのか興味がもたれる．そこでこの構造相転移圧力の温度変化を調べるために低温
高圧下粉末 X 線回折実験をおこなった．
低温圧力下粉末 X 線回折実験は時計型ダイヤモンドアンビルセルを用いておこなった．今回実験装置の問題から 30 K までしか試料空間は冷えなかった
ため，30 ~ 300 K の温度範囲, 0 ~ 6 GPa の圧力範囲で測定をおこなった．
アンビル径は 0.5 mm でコリメータはφ100μm を用いた．CeCoSi は単結晶を粉末にしたものを用いた。圧力媒体はメタノール：エタノール＝4:1 の混合液を用い，圧力はルビー蛍光法により同定した．
低温においても構造相転移を確認し，降温とともに低圧に徐々にシフトする傾向がみられた．3.9 GPa では 150 K で低圧相が観測され，4.1 GPa では 80
K から 150 K まで共存相を観測し，200K で低圧相を観測した．これまでのところの結果ではこの構造相転移圧力と長距離秩序を起こす圧力とは離れており，直接両者は関係がないように見える．より明確にするために，今後詳細に調べる必要がある．
[1] S. Gupta and K. G. Suresh, J. Alloys Compd. 618, 562 (2015).
[2] O. I. Bodak, et al., 11, 283 (1970).
[3] B. Chevalier and S.F. Matar, Phys. Rev. B 70, 174408 (2004).
[4] E. Lengyel et al., Phys. Rev. B 88, 155137 (2013).

P1-055I ＜高圧科学＞
PF-BL18C

RCoSi (R=La, Ce, Pr)の
室温圧力下における X 線回折実験
X-ray Diffraction Study of RCoSi (R=La, Ce, Pr) under
Pressure at Room Temperature
川村幸裕 1，上田諒大 1, 谷田博司 2, 林純一 1，武田圭生 1，関根ちひろ 1，
室蘭工大 1, 富山県立大 2
RTX(R = 希土類, T = 遷移金属, X = p ブロック元素)はその組み合わせに
より多様な結晶構造を示すことに特徴のある物質群である[1]。その中でRCoSi は正方晶 P4/nmm の結晶構造を示す[2]。CeCoSi は反強磁性秩序を
ネール温度 TN~9 K 以下で示す物質である[3]．加圧すると~1 GPa でこの反強磁性秩序は消失するが，その近傍の圧力下で新たな長距離秩序が出現し，その長距離秩序も~2 GPa 程度で消失する[4]．急激な長距離秩序の消滅生
成は，境界圧力における結晶構造の変化を示唆する．この近傍における結晶構造の変化を興味の対象として，室温における CeCoSi および同じ結晶構造をもつ LaCoSi や PrCoSi の圧力下放射光粉末 X 線回折実験をおこなった．
圧力下粉末 X 線回折実験は室温においてサイコロ型ダイヤモンドアンビル
セルを用いて約 10 GPa までおこなった．アンビル径は 0.6 mm で試料はφ0.2 mm × 40μm 程度，コリメータはφ100μm を用いた．RCoSi(R=La,
Ce, Pr)は単結晶を粉末にしたものを用いた。圧力媒体はメタノール：エタノー
ル＝4:1 の混合液を用い，圧力はルビー蛍光法により同定した．
CeCoSi において長距離秩序の生成消滅する圧力の 1 GPa や 2 GPa 近
傍では格子定数は単調に変化し，一次元化した X 線パターンにピークの生成・消滅など見られなかった．一方~5 GPa で構造相転移を発見した．また
LaCoSi や PrCoSi においては 9 GPa 程度までの測定圧力範囲では構造相転移は観測されなかった．これは CeCoSi の構造相転移が体積の縮みのみに引き起こされておらず、CeCoSi に特異な現象であることを示す．
[1] S. Gupta and K. G. Suresh, J. Alloys Compd. 618, 562 (2015).
[2] O. I. Bodak, et al., 11, 283 (1970).
[3] B. Chevalier and S.F. Matar, Phys. Rev. B 70, 174408 (2004).
[4] E. Lengyel et al., Phys. Rev. B 88, 155137 (2013).

P2-040I ＜高圧科学＞
PF BL18C, PF-AR NE5C, MLF BL11

Ｘ線と中性子を用いた含水石英ガラスの構造の研究
X-ray and Neutron Study on the Structure of Hydrous
SiO2 glass up to 10 GPa
浦川 啓１，井上 徹２，服部高典３，佐野亜沙美３，小原真司４，若林大佑 5，
佐藤友子２，船守展正５，舟越賢一６１ 岡山大，２ 広島大，３，JAEA，４ NIMS，５ KEK，６ CROSS
SiO2 ガラスは完全に重合したガラスで，その構造と物理化学的性質への水の影響は材料科学的に興味深い。さらに圧力下における含水 SiO2 ガラスの構造研究は，マグマのアナログ物質という観点から地球惑星科学的意義がある。本発表では，Ｘ線と中性子を用いて 10GPa までの圧力で含水 SiO2 ガラスの構造を調べた結果について報告する[1]。
常圧の SAXS と XRD を PF，BL18C と SPring-8，BL04B2 でそれぞれ行い，
高圧下の XRD と ND を PF–AR，NE5C と MLF，PLANET において行った。含水SiO2 ガラスは 3GPa で融体から急冷して作成したもので D2O を 13wt.%含んでいる。水は DO 基と D2O 分子としてガラス中に含まれることがラマン分光から示された。SAXS と XRD，ND から含水 SiO2 ガラスは SiO2 に富む部分と D2O に富む微小領域に分離していることがわかった。D2O に富む微小領域のサイズ
は SAXS から 100Å以下であると推定された。
中距離秩序と短距離秩序に関する XRD と ND の情報は，主に SiO2 に富む
ガラス領域の構造を反映している。含水 SiO2 ガラスの FSDP は無水 SiO2 ガラスに比べて High-Q 側に移動しており，中距離秩序が縮小していることを示している。これは DO 基による SiO4 の連結の切断と，ガラス合成時の高圧力による SiO4 四面体からなるリングサイズ減少の二つの効果によると考えられる。
一方，短距離秩序は含水ガラスと無水ガラスでは大きな違いは無い。
含水 SiO2 ガラスの FSDP は圧力によって無水 SiO2 ガラスの FSDP とほぼ平行に High-Q 側に移動した。また，10GPa までの圧縮で二つのガラスの Si の配位数はほぼ４のままである。このように XRD と ND から見た含水 SiO2 ガラスと無水 SiO2 ガラスの構造の圧力応答の類似は中距離秩序と近距離秩序の両方で認められる。
圧力による中距離構造の縮小は，含水 SiO2 ガラスの SiO4 四面体間の空孔が無水 SiO2 ガラスと同じようにつぶれていくことを意味する。これは，含水
SiO2 ガラスの空孔が空であることを示している。このことから，含水 SiO2 ガラスの D2O 分子は主に D2O に富む微小領域にあり，SiO2 に富むガラス部分にはほとんど含まれていないと考えられる。
[1] Urakawa et al., Minerals (accepted).

P2-041I ＜高圧科学＞
AR-NE5C

放射光による超硬物質 TaN の高温・高圧相転移研究
High-temperature and High-pressure Phase
Transition Study of the Ultra-hard Material TaN byusing Synchrotron Radiation
亀卦川卓美 1、遊佐斉 2、川村史郎 2、谷口尚 2
1 KEK 物構研放射光、2 物材機構
最新の加工産業分野では、ＣＦＲＰなどの難切削材等に対応すべく、従来の WC（炭化タングステン）系超硬材料を上回る新しい超硬材料の開発が活発化している。その中で候補に上げられている遷移金属窒化物は高弾性率を有するものが多く、理論計算や合成実験研究が盛んに行われている。表記 TaNは高圧下で 2 種類の高温相を持つことが知られており、第一高温相（WC 構造）
は極めて高い硬度をもつものと期待されている。今回はその WC 構造相の安定領域を、2000℃・8GPa までの放射光による高温高圧 in-situＸ線回折実験を行なうことで明らかにしたので報告する。
放射光高圧実験は、PF-AR の NE5C ステーションに設置されている MAX80を用いて行った。エンプラ製ガイドに組込んだ超硬６mm アンビルによる所謂６－６式の加圧システムを用いた。試料の TaN 粉末はＸ線吸収を考慮して BN で希釈し、圧力標準物質の NaCl は、結晶粒成長抑制のために MgO を混入した。
両者を夫々別の BN 容器に入れてグラファイトチューブヒータ内に収納し、それを ボ ロ ン エ ポ キ シ 製 圧 力 媒 体 に 組 込 ん だ 。 試 料 温 度 は 0.073mm 径 のW-Re(3-25%)熱電対を試料と NaCl の間を通し、圧媒体の外に取り出して測定した。Ｘ線回折実験は p-Ge 半導体検出器によるエネルギー分散型回折法を用い、基本的に 6°の回折角で２〜5 分程度の露出時間で行った。
常温常圧から約 2000℃、６GPa の範囲で放射光回折実験を行うことで、
TaN 試料の常圧相-WC 構造相-B1 構造相という 2 段階の相転移を観察できた。従来のクエンチ実験によれば、2GPa 以上の圧力で 500℃以下は常圧相、1500℃で WC 構造相、B1 構造相は 1800℃以上と報告されているが、本研究では新たに次のことが明らかになった。（１）常圧相-WC 構造相転移は、800℃
より低い温度から始まり、1000℃ではほぼ単相になる。（２）高圧側では WC 構
造相がより低い温度から出現する。（３）WC 構造相-B1 構造相の転移も1600℃付近から始まり、1900℃でほぼ完了する。（４）常圧相-WC 構造相転移は不可逆的であるが、WC 構造相-B1 構造相転移は可逆的。（５）両高圧相ともに温度クエンチにより常温常圧に回収可能である。
相境界に関しては、エネルギー分散型回折測定特有の不確実さを含んでおり、更に両相転移とも sluggish であるために、決定するには速度論的な研究が必要となる。

P2-042I ＜高圧科学＞
PF BL18C

カルコパイライト型半導体ナノ粒子の高圧下 X 線回折
X-ray diffraction study of chalcopyrite-typesemiconductor nanoparticles under high pressure
武田 圭生 1，仲条 一輝 1，大野 圭太 1，林 純一 1，葛谷 俊博 1，
関根 ちひろ 1，濱中 泰 2，若林 大佑 3，佐藤 友子 4，船守 展正 31
室蘭工大、2 名工大院物質工学、3KEK PF IMSS、4 広大院理半導体ナノ粒子は粒子サイズによって発光特性などの物性を制御することができることから、これらを利用した太陽電池などの新機能材料が盛んに研究されている。カルコパイライト型 CuInS2 や AgInS2 ナノ粒子は、蛍光量子収率が高く、毒性元素を構成元素に含まないため、CdS 系蛍光性ナノ粒子の代替材料として注目されている。粒子の表面が有機配位子で修飾されたこれらのナノ粒子は、凝集させると有機配位子がスペーサーとして働き、ナノ粒子間の距離を一定に保つことによりナノ粒子間に働く相互作用を制御している。これ
らに圧力を印可することにより、ナノ粒子間隔を連続的に変化させることが期待できる。ナノ粒子間距離の精密制御による粒子間相互作用を明らかにする
ため、高圧下におけるカルコパイライト型半導体ナノ粒子の構造を研究した。
高圧下の実験にはダイヤモンドアンビルセルを使用した。圧力媒体はメタノール・エタノール 4：1 の混合液を使用し、凝集した状態の測定を行った。粉末
X 線回折及び小角散乱測定は KEK PFBL18C において、放射光 X 線をそれぞれ 20keV、15.3keV に単色化して行った。作成したナノ粒子径は透過電子顕微鏡による観察及び粉末 X 線回折線幅から見積もると、ドデカンチオールで表面を修飾した CuInS2 ナノ粒子は約 2.3nm、約 3.2nm、AgInS2 ナノ粒子は 3nm程度であった。また、長さの短いオクタンチオールで修飾した CuInS2 ナノ粒子
は 2.6nm 程度であった。大気圧下では、粒子サイズの影響からブロードのピー
クではあるが、それらの回折指数から正方晶系であった。CuInS2 についてのSAXS を測定すると 2.3nm と 3.2nm の試料では、それぞれ約 30Å、約 40Å付
近に大きなピークが現れる。凝集したナノ粒子は周期的に配列しており、ピー
ク位置は粒子間距離に相当するものと考えられる。また、表面配位子が短い
2.6nm の試料は 28Å付近にピークを持ち、表面配位子の効果により粒子間距
離が短くなっていると考えられる。加圧すると減少し、2.3nm のナノ粒子では大気圧下での 30Åから 8GPa で約 28Åとなった。

P2-043I ＜高圧科学＞
PF BL-18C, AR-NE1A

新しい NH3BH3 高温高圧相の結晶構造と生成条件
Crystal structure of new high-pressure/hightemperature phase of NH3BH3 and its synthetic
condition
中野智志 1、藤久裕司 2、山脇浩 2、後藤義人 2、亀卦川卓美 3
1 物材機構、2 産総研物質計測標準部門、3 高エネ機構物構研
分子結晶アンモニアボラン（NH3BH3）は、水素密度が大きいこと（重量水素
密度 19.6 wt%、体積水素密度 145gH/L）や、大気中で比較的安定で取扱いが容易であることから、新規水素貯蔵物質として注目されている。種々の触媒を添加した水素吸脱反応の研究は多く行われている一方で、単体での構造変化や反応は未解明な点が少なくない。本研究では、外熱式ダイヤモンド・アン
ビル・セル（DAC）を用いた高温高圧粉末Ｘ線回折により、高温高圧下における NH3BH3 の相関係や各相の構造を調べた。その中で新たな高温高圧相を見出し、結晶構造と生成条件を明らかにしたので報告する。
NH3BH3 粉末（Sigma-Aldrich, 97%）を粉砕後 DAC に導入し、KEK-PF BL-18C(E = 20 keV) において高温高圧粉末Ｘ線回折を行った。また、AR-NE1 (E = 30
keV) において、室温高圧粉末Ｘ線回折実験を行った。得られた回折パターンのリートベルト解析のほか、DFT 計算により最安定と思われる構造を調べた。
この実験で得られた 30GPa, 300℃までの高温高圧相図を図 1 に示す。既報の高温高圧相 HPHT より高い圧力領域（9〜25GPa）で、新たな高温高圧相
HPHT2 が現れる。構造解析の結果、その構造は monoclinic P21/n（Z=4）である と 分 か っ た 。 HPHT はPnma 構造であるが、この構造の分子がスライドすると HPHT2 へと転移する関係にある。この相転移による体積変化は約 2.6％の減少となった。また、HPHT2の 200℃における体積は、同じ圧力における室温の高圧相 HP1 や HP2 の体積よりも小さいことが分かった。HP1、HP2 は分子間の二水素結合のために、むしろ疎な構造になっているの
Fig.1. NH3BH3 の高温高圧相図と新たな高温ではないかと考えられる。
高圧相 HPHT2 の結晶構造.

P2-044I ＜高圧科学＞
AR-NE1, BL18C

希土類窒化物（ScN,YN）の合成と圧縮実験
Synthesis of rare-earth nitirdes (ScN and YN) andcompression experiments using DAC
遊佐 斉
物質・材料研究機構

機能性光学材料として注目される 13 族の窒化物（AlN, GaN, InN）に比べ、同一周期で同じ価数を有する ScN や YN は PVD[1]や CVD[2]等の気相成長法に依って主に合成されているのみであり、GaN や InN に比べ、物性データの測定例は少ない。特に、体積弾性率についても計算科学による値は数多く示されているが、実験的には PVD 合成による試料においておこなわれた一例があるのみで、特に YN において、計算科学による結果と大きな違いがみられる。
そこで、本研究では Sc, Y をダイヤモンドアンビルセル（DAC）中で窒素と直接反応させることで窒化物合成をおこない、高圧下 X 線回折実験をおこなうこと
で、体積弾性率の評価をおこなった。
出発試料はいずれも金属の Sc, Y（いずれも純度 99.9%）を DAC 内に装填し、高純度窒素ガスを低温容器内で液化の状態で、DAC 内に封入した。室温に戻した後、DAC を NIMS のファイバーレーザー装置で加熱（5～7GPa,約2500K）することで、各金属を窒化させた。Sc は窒化により、赤褐色に変化し、常圧下で回収後、立方晶の自形結晶（B1 構造 ScN）の生成が確認された。Y
も黒色に変化し、B1 構造の YN の合成が確認されたが、大気圧に回収すると短時間で白色化した。これは、試料が酸化されたことによると考えられる。圧縮実験は、DAC で各窒化物合成後、窒素を圧媒体として 10GPa までの圧縮実験をおこなった。圧力スケールは ruby 蛍光法ならびに Au の状態方程式か
ら決定した。
10GPa までの体積データを基に Birch-Murnaghan の状態方程式により、K0’=4 に固定した場合の体積弾性率は ScN において 202±2 GPa, YN において151±1 GPa となり、以前に PVD 合成の試料により X 線回折で測定された値（ScN: K0 = 221 GPa, YN: K0 = 209 GPa[1]）とは大きく異なる。これは、以前の測定が、55 GPa もの非静水圧状態の大きな高圧下でおこなわれており、それをもとに、体積弾性率を決定したためであると考えられる。ポスター発表時には、YN の 100GPa 以上の実験(SPring-8：BL10XU)で出現した高密度構造についても触れる。
[1] R. Cong et. al., Cryst. Eng. Comm., 16, 3977 (2014).
[2] T. Ohgaki et al., J. Cryst. Growth, 476, 12 (2017).

P2-045I ＜高圧科学＞
AR-NE5C

キュービックマルチアンビルプレス用 6-6 アセンブリの開発
A unique multianvil 6—6 assembly for a cubic-type
multianvil press
渕崎員弘 1、和田智之 2、成田博貴１、鈴木昭夫 3、入野和朗 4
１ 愛媛大理、２ 新興工機(株)、３ 東北大理、４ 愛媛大社会連携
KEK-AR の NE5C に設置されたキュービックマルチアンビルプレス MAX-80
は 2011 年度から二段式の加圧方式がデフォルトモードとなった。二段目も六方向からの加圧を採用する、所謂、6-6 加圧方式が採られている。本開発研
究は現行の 6-6 加圧方式を見直すものである。
プレスによる高圧発生では用いるアンビルの先端サイズにより発生圧力領域が異なる。アンビルアラインメントには数時間を要するため、ビームタイム中のアンビル交換は避ける方が好ましい。6-6 方式では一段目アンビルアライン
メントさえ調整できていれば、発生圧力を決定する二段目アンビルサイズを二段目アセンブル時に自由に選べるため、実験自由度が格段に拡張された。
しかるに、二段目アンビルのアセンブルにはエキスパートでも 1 時間強を要する。一段圧しの場合、単純なサンプル交換が 10 分程度でできた。二段目アンビルを含め、二段目アセンブルに必要なパーツはユーザ負担である。従って、同一先端サイズの二段目アンビルを用いる限り、6-6 方式は必ずしも優れているとは言えない。
そこで、現行方式のデメリットを完全に排除することを目標に本研究開発はスタートした。前回の報告[1]ではプラスチック(PEEK)素材を用いたフレームを採用し、アセンブルに必要なパーツを可能な限り削減し、アセンブル作業を約30 分までに短縮できる方式を紹介した。今回は更なる改善を図るべく、1)正確な二段目アンビルアラインメントを保証しつつアセンブルを 15 分以内に短縮すること、2)1500 K で 120 トン荷重印加しても安定な保持を保証できることを具体的な目標に掲げ、フレーム素材の選定から取り掛かった。1)の達成のために組み立てジグをデザインし、作製した。MAX-80 を用いた検証実験では PEEK
だけでなく、より安価なプラスチック素材でも 2)が達成できることを確認した。
我々の開発した組み立てジグを用いると 4 分以内で二段目アンビルをアセンブルできる。先端長 6mm アンビルを用いて 1500K で 120 トン荷重印加した場
合、アンビルギャップは 0.78mm であったが、0.13mm 幅の試料をギャップ中心に常に捉えられるほどのアセンブル精度を到達した。これらの開発には愛媛
県ライフサポート事業からの援助を頂いた。PEEK、および新素材フレームと組
み立てジグ一式は令和二年度に新興工機(株)から発売される予定である。
[1] 渕崎ら、2016 年度 PF シンポジウム

P1-056J ＜液体, 非晶質＞
PF-AR-NW10

カーボンナノチューブに包摂された Te 鎖の構造
Structure of Tellurium chain includedin the Carbon Nanotube
加藤彰悟 1、池本弘之 1、宮永崇史 2
1
富山大学理学部、 2 弘前大学理工学部
第 16 族元素である Te の安定相は、トリゴナル相（t-Te）である。t-Te では、Te原子は共有結合で結ばれて３回螺旋鎖を形成し、鎖間相互作用によりこの Te
鎖が並行に配列している。Te 鎖の断面の直径は約 5.2Åである。本研究では、
単層カーボンナノチューブ（SWCNT：有効内径 10Å）、二層カーボンナノチューブ（DWCNT：有効内径 5Å）に包摂された Te（それぞれ、Te@SWCNT、Te@DWCNT と表記）の構造を明らかにすることが目的である。
XAFS 関数のフーリエ変換では、Te@CNT の鎖内
最近接のピークは、t-Te とほぼ同じ高さで残存しているが、鎖間最近接相関のピークは消失している。鎖間相関の消失、および Te 鎖の直径とCNT 内径の比較から、CNT 中には孤立した Te鎖が形成されると考えられる。また Te@CNT の共有結合長は、t-Te に比べて 0.06Å程度短縮している。これは、鎖間相互作用消失による共有結合の強まりを反映していると考えられる。
t-Te、Te@SWCNT、Te@DWCNT の XANES を、図に実線で示す。t-Te では 10、25、40、60eV にピークが見られる。これに対し、Te@SWCNT、
図 XANES スペクトル
Te@DWCNT では、20-50eV のピークがひとつになっている。また、10eV 付近のピークは、t-Teに比べると持ち上がっており、特に Te@DWCNT で顕著である。
Te の 1 本鎖として 3 回螺旋鎖、直線鎖をモデルとした、理論コード FDMNES[2]のシミュレーション結果を図に破線で示す。いずれの孤立鎖モデルにおいても、
15、35、60eV 付近にピークが現れた。10eV 付近のピークにおいては、直線鎖モデルの方がより持ち上がっており、顕著である。
以上の解析により、SWCNT には孤立した 3 回螺旋鎖、DWCNT には孤立した直線鎖が包摂されていると考えている。DWCNT 中で直線鎖であるのは、Te 鎖の直径が DWCNT の内径よりも大きいからであると考えている。
[1] C. Adenis, V.Langer, and O. Lindqvist, Acta Crystallogr. Sect. C , 941(1989)[2] O. Bunau and Y. Joly J. Phys. : Condens. Matter, 345501 (2009).

P1-057J ＜液体, 非晶質＞

カオトロピック添加剤を用いた高濃度 NaClO4 水系電解液の構造解析と電気化学特性
Structure analysis and electrochemical property ofhighly concentrated NaClO4 aqueous electrolytewith chaotropic agent
坂本遼１、中本康介２、伊藤正人２、岡田重人２
１ 九大院総理工、２ 九大先導研

水系 Na イオン電池は安全性、経済性、イオン伝導性など優れた特性を有するものの、1.23 V の水系電解液の狭い電位窓に起因する低電圧化が課題として残る。当研究室では高濃度な 17 m (m = mol/kg) NaClO4 水溶液が 2.8 Vの広い電位窓を示すことを見出し、1.7 V の高電圧な水系 Na イオン電池を報告した。しかしながら、さらなる高電圧な電池設計には電解液のより一層の高濃度化が必要となる。そこで本研究では、溶質の溶解度を向上させるカオトロ
ピック添加剤である尿素に注目し、尿素と水と NaClO4 からなる高濃度電解液の作製を試みた。さらに、その溶液構造と電気化学特性について調査した。
種々の濃度の尿素水溶液に NaClO4 を溶解させ、NaClO4 の溶解度を調査した。得られた高濃度電解液に対して Empirical Potential Structure Refinement(EPSR)モデリングを用いて構造解析を行った。さらに、Ti メッシュを電極に用いて LSV 測定を実施し、電位窓の調査を行った。
尿素水溶液に対する NaClO4 の溶解度試験の結果、尿素が 18 m の時に
NaClO4 が 25 m で最大濃度となることが分かった。25 m NaClO4 + 18 m 尿素
水溶液に対して EPSR 計算を行った結果、Na+に配位する水分子の平均配位
数は 1.9 と算出された。計算上、Na+と水分子のモル比は 1 : 2.2 であるため、平均配位数との差から Na+に配位していないフリーな水分子は 0.3 と概算できる。一方、17 m NaClO4 水溶液ではフリーな水分子は 0.5 と算出されるため、尿素添加により NaClO4 を高濃度化することでフリーな水分子を減少することが可能であることが分かった。Fig. 1 に 17 m NaClO4 と 25 m + 18 m 尿素水溶液の LSV 曲線を示す。17 m NaClO4 水溶液では電位窓が 2.8 V であるのに対して、25 m NaClO4 +18 m 尿素水溶液では 3.0 V に拡大していることが明らかになった。これは 17 m NaClO4 水溶液と比べFig. 1. 17 m NaClO4 と 25て 25 m NaClO4 + 18 m 尿素水溶液ではフリーな水
m NaClO4 + 18 m 尿素
分子が少ないため、水の分解が抑制されたためと水溶液の LSV 曲線
考えられる。

P1-058J ＜液体, 非晶質＞
J-PARC／MLF-BL21

Ga-Ge-Se および Ga-Ge-S ガラスの局所・中距離原子配列
Local- and intermediate-range atomic orders in
Ga-Ge-Se and Ga-Ge-S glasses
細川伸也、Laszlo Pusztai、Jens R. Stellhorn・熊本大学、
池田一貴、大友季哉・KEK 物構研
Ga-Ge-Se や Ga-Ge-S のような Ga を含むカルコゲン・ガラスは、赤外線光ファイバーの原材料とし良く知られている。構成元素である Ga、Ge および Se
はほぼ同じ原子番号を持ち、S は小さな原子番号で散乱も小さいため、XAFS や
X 線回折（XRD）では部分原子構造を求めることは困難である。これを解決する
ため、われわれはこれまで、X 線異常散乱法（AXS）による部分構造の解明に取り組んできた[1,2]。
今回は、J-PARC の MLF にある NOVA
図１：(Ga2Se3)0.25(GeSe2)0.75 およ全散乱測定装置により測定した中性子び(Ga2S3)0.10(GeS2)0.90 ガラスの回折（ND）のデータを解析に用いた[3]。
S(Q)の測定結果[3]．
図 １ に (Ga2Se3)0.25(GeSe2)0.75 お よ び(Ga2S3)0.10(GeS2)0.90 ガラスの S(Q)の測定結果を示す。部分原子構造の解析は
逆モンテ・カルロ法を用いたが、その入力データとして AXS の差構造因子、
XRD の S(Q)、ND の S(Q)と g(r)を用いた。
発表では、得られた中距離部分原子配列の特徴、すなわち部分配位数やGa 原子の位置などについて公表し、この研究で用いた放射光（AXS）と中性子源（ND）の相補利用の有効性について詳しく結果を示す。
[1] B. D. Klee et al., Chalc. Lett. 15, 1 (2018).
[2] S. Hosokawa et al., SPring-8 Experimental Reports 2019A1556.
[3] S. Hosokawa et al., JPS Conf. Proc., submitted.

P1-059J ＜液体, 非晶質＞
PF-BL10B

XAFS による液体 Se-Te の構造解析
XAFS analysis of the structure of liquid Se-Te
山口真輝 1 , 池本弘之 1 , 宮永崇史 2
富山大学理学部 1 , 弘前大学理工学部 2
VI 族に属する Se と Te は、2 配位共有結合から成る 3 回螺旋鎖が基本構造で、この螺旋鎖が平行に配置したトリゴナル相が安定相である。鎖間相互作用による結合は共有結合に比べて弱く、この 2 種類の結合力が物性や構造に大きく影響する。液体 Se-Te 混合系では、温度上昇あるいは Te 濃度の増加に伴い半導体‐金属転移を示し、転移温度領域において体積収縮が起こる。
本研究の目的は、半導体‐金属転移と構造変化の関係を調べることである。
実験は 300[μm]の X 線窓を有する石英ガラスセルに液体 Se-Te を封入して、Te-K 端と Se-K 端の XAFS 測定を PF-BL10B にて透過法で行った。
Te-K 端の XAFS 解析により得た、Te と Te の最近接原子間距離 rTe-Te の温度変化を図 1 に示す。半導体-金属転移が起こる温度領域を実線で示しており、いずれの組成でも転移領域で rTe-Te の伸びが、半導体あるいは金属領域に比べて大きい。Se 濃度が増えると、転移領域は高温側にシフトする。密度変化の温度微分を用いて、半導体領域で 0、金属領域で 1 となる、半導体-金属転移係数を定義し、rTe-Te との相関を調べた。この係数と rTe-Te をプロットしたものを図 2 に示す。rTe-Te は転移係数が 0.4 以下では約 2.76[Å]付近でほぼ一定であるが、0.4 以上になると一気に結合長は伸びはじめ、最終的に 2.83[Å]程度にまで伸びる。このように rTe-Te は、組成によらず半導体-金属転移係数に依存する変化を示した。一方、Te から見た最近接の Se の原子間距離 rTe-Seと、Se から見た最近接の Se の原子間距離 rSe-Se は、組成ごとに異なり、また温度変化あるいは半導体-金属転移係数に対する変化が小さい。
以上の結果により、液体 Se-Te 系の半導体-金属転移には rTe-Te が深く関わっていると考えている。

図 1: Te-Te の原子間距離

図 2:結合距離と転移係数の相関P1-060J ＜液体, 非晶質＞
PF-BL7C

AXS-RMC 法を用いた Nb-Ni 系非晶質合金の構造解析
Structural Analysis of Nb-Ni Amorphous Alloys
by AXS-RMC Method
東北大学, 工学研究科 1, 金属材料研究所 2○竹原直毅（M1）1, 川又透 2, 杉山和正 2【緒言】非晶質金属における構造規則性はガラス形成能（GFA）や機械的特性に影響をおよぼすと考えられている. 本研究の目的は, 高い
GFA を有する Nb-Ni 系非晶質合金[1]を対象に,
X 線異常散乱法（AXS）および逆モンテカルロ（RMC）シミュレーションを用いた 3 次元構造モデルの作成と CNA などの解析手法を組み合わせた精密構造解析法を利用し非晶質金属に発達する構造規則を解明することにある.
【実験方法】Nb40Ni60 薄帯状の非晶質合金を,単ロール液体急冷法によって作製した. Nb お
よび Ni K 吸収端 AXS 測定を高エネルギー加速 器研究機（ つ くば 市）の実験 ステーシ ョン
BL-7C において実施し, 測定から得られた環
境干渉関数を制約条件として RMC を実施し,解析結果と剛体球無秩序充填モデル（DRP モデル）を比較検討した.
【結果】一例として，Nb40Ni60 の解析結果を紹介する．AXS-RMC シミュレーションによって作成された非晶質構造モデルは, Fig.1 に示すように
AXS 測定から得られる環境および通常干渉関数の詳細を再現することができた. 中距離領域
における CNA 解析の結果, Zr-Pt 系非晶質合金に観察されるような[2], 強固な中距離構造の発達は観察されなかった. 一方で, Fig.2 に示すよ
うに, 部分二体分布関数の最近接領域において, RMC では短距離化した Nb-Nb 相関の存在が確認され, 初期構造として設定した DRP モデ
ルでは再現不可能な構造が, 非晶質構造中に形成されている可能性が示唆された.
[1] L. Xia, W.H. Li, S. S. Fang, B. C. Wei and Y. D. Dong, J. App. Phys. 99 (2006) 026103.
[2] K. Sugiyama, T. Kawamata and T. Muto, J. Phys.: Conf. Series, 809 (2017) 012005.

P2-046J ＜液体, 非晶質＞
BL-27B

リン添加によるガラス固化試料への影響について
Effect of phosphorus addition on simulated waste
glass samples
岡本芳浩、永井崇之、小林秀和、大山孝一、捧 賢一
JAEA
高レベル放射性廃液のガラス固化処理では、廃棄物低減につながる廃棄物の高充填化を、健全性を保ちながら実現させるための技術開発が進められている。その中に、原料ガラスにバナジウムやリンなどを添加して、固化体としての性能を向上させる手法がある。我々は、これら改良されたガラス固化試料
中の各元素の化学状態を確認するために、放射光 XAFS を用いた分析を進めている。廃棄物成分でもあるガラス中の構成元素の状態や局所構造を調べる
ことで、その元素そのものの安定性を評価し、さらにガラス中における酸化還元状態などを評価することを目的としている。ここでは、ガラス中のモリブデン
溶解度を上げる効果が認められている、リン添加ガラス中のセリウムの分析
結果を報告する。モリブデンは、ガラスへの溶解度が低く、固化体の性能確保上問題となる水溶性のモリブデン結晶性物質（イエローフェーズ）を生じやすい。図１に、廃棄物充填率（20、26 及び 30wt％）とリン添加量（３種）をパラメーターにしたガラス固化試料中のセリウムの３価と４価の割合を L3 吸収端
XANES スペクトルから導出した結果を示す。廃棄物充填率を上げると、４価の割合が多くなり、ガラス中が酸化されたことを示す。一方、リンを添加すると逆に３価の割合が多くなり、還元されたことを示している。リン添加は、廃棄物充
填率の上昇によって酸化側へ向かうのを、抑制するように働いているとみられ、両者の効果は見かけ上相殺されていることが、図１から分かる。これらの試料中のモリブデンの K 吸収端 EXAFS を詳
リン添加量少ない
D1-N4-26W
リン添加
細に実施した結果、リン添加によってCe(Ⅲ) : 58.7%
無し
Ce(Ⅳ) : 41.3%
Mo-O 対の秩序が低下する傾向が確認 廃棄物量少ない
D2-N4-26W
D2-N4-30W
D2-N4-20W
リン添加
Ce(Ⅲ) : 66.0%
Ce(Ⅲ) : 56.6%: 71.6%
された。これらのことから、リン添加によ Ce(Ⅲ)
0.65mol%Ce(Ⅳ) : 34.0%
Ce(Ⅳ) : 43.4%
Ce(Ⅳ) : 28.4%
廃棄物量多いって、ガラス中が過度に酸化された状態
D2(b)-N4-26W
リン添加
Ce(Ⅲ) : 73.1%
1.21mol%Ce(Ⅳ) : 26.9%になることが抑制され、モリブデン酸イ
リン添加量多い
オンが安定に存在しにくい状態になるも 廃棄物 20wt%
26wt%
30wt%
のと推察される。これらのデータ及び考 図１ 廃棄物充填率とリン添加量をパラ
察は、リン添加が、イエローフェーズの メーターとしたガラス固化試料中のセリ
ウム原子価割合の評価
発生を抑制する効果があることを示し
ている。
ほぼ同じ

ほぼ同じ

本報告は、資源エネルギー庁受託研究「平成 30 年度放射性廃棄物の減容化へ向けた
ガラス固化技術の基盤研究事業」における成果の一部である。

P2-047J ＜液体, 非晶質＞
MLF-BL11

ギガパスカル領域の塩化カリウム水溶液の構造
Structure of Aqueous KCl solution in the GPa range
山口敏男１、曽我良枝１、吉田亨次 1、服部高典 2、町田真一 3
1 福岡大理、２ J-PARC Center,JAEA 、3 CROSS
カリウムイオン K+は、
強固な水和殻を形成する構造形成イオン Li+や Na+と、構造破壊イオンである Rb+, Cs+, Cl-の間に位置し、その水和特性は十分に明らかにされていない。数 GPa の水溶液は地球の上部マントルに存在し、地震の発生や火山噴火に重要な役割を果たしている。本研究では、GPa 領域の KCl 重水溶液の構造を中性子回折測定により決定した。
KCl 無水物(関東化学、特級試薬)を真空乾燥機中 393 K で乾燥させた後、窒素雰囲気下にて 3 mol/kg KCl 重水溶液を調製した。中性子回折実験は、
J-PARC MLF、BL-11 PLANET で行った。試料溶液は 0.1 MPa/298 K では円
筒形バナジウムセル, 1 GPa/298 K, 1 GPa/523 K, 4 GPa/523 K では円筒
テフロンセルに入れた後、高圧セルに封入した。バナジウム棒、空セル、
バックグラウンドも同一条件で測定した。得られた構造因子と二体ポテ
ンシャルを用いて Empirical Potential Structure Refinement モデリン
グ (Monte Carlo 計算)を行い、二体相関関数、配位数分布、空間密度関数(３D 構造)を得た。
K+の第１水和殻の K-O 距離は 2.61-2.64 Å, K-D 距離は 3.12-3.21 Å で顕著な圧力変化は見られない。水和数は、0.1 MPa では 6.1±1.1 から 1-4
GPa では 8.0±1.1 に増加した。第２水和殻の圧力効果は顕著であり、K-O
距離は 0.1 MPa の 4.77 Å から 5.46 Å へ、K-D 距離は 5.31 Å から 5.76 Å
に増加した。この結果は、K+－水分子間の静電的相互作用が Li+や Na+に比べて弱いために、GPa 領域では第 2 水和殻の水がより流動的になったと考えられる。Cl-の第 1 水和殻は、0.1 MPa から 4 GPa に加圧すると Cl-O
距離は 3.15 Å から 3.09 Å に、Cl-D 距離は 2.19 Å から 2.13 Å へ変化した。水和数は O 原子は 6.7±1.2 から 15.51.5 へ増加したが、D 原子は
5.81.3 から 6.61.4 とほぼ同じであった。GPa 領域では常圧では見られない第２水和殻が 5.91 Å に現れ、構造形成イオンの特徴を示す。溶媒水
では、第１近傍水分子間 O-O 距離は 2.79-2.85 Å、O-D 距離は 1.86-1.92 Å
で加圧による変化は小さい。一方、中心水分子の配位数は O 原子では常圧で 5.1±1.2 から 4 GPa では 11.7±1.5 に増加した。一方、最近接 D 原
子数は 1.50.8 から 1.30.9 とほとんど変化しない。GPa 領域では第２および第３近傍水分間 O-O 距離はそれぞれ 5.7 Å と 8 Å に成長し、溶媒水
分子は dense random packing 構造をとる。K-Cl 二体相関関数では第 1 ピークが 3.03-2.97 Å に第２ピークが 5.2 Å に現れた。前者は接触イオン
対に、後者は水分子を間に介したイオン対に対応する。イオン対の数は0.1 MPa では 0.720.69 で、4 GPa では 1.000.87 であった。4 GPa/ 523
K は氷Ⅶとの固液共存線に近いために、水分子間水素結合が発達し、イオン対が増加すると考えられる。

P2-048J ＜液体, 非晶質＞

シリカテック®コートした紙による脱プラスチック
Deplastic with Paper Coated by SilicaTech@ Method
川合 將義 1, 2、岩宮 陽子 2
1 KEK-中性子、2 (株)超越化研
低コストで大量生産が可能だったプラスチック、そのゴミが腐敗しないでマイクロプラスチックとなって、魚介類だけでなく亀の命を奪うなど地球環境を冒すことで代替品が求められている。その最有力候補が紙であるが、撥水性がないだけでなく、水に濡れると非常に弱くなる。その弱点を克服したのが、シリカテック®コート液である。これは、３官能ア
ルコキシッドシランを主成分とし、有機金属触媒をIPA溶媒で希釈した透明の液体で、粘性が小さく紙に塗ると紙組織に浸透し、環境中の水分を使ってゾルーゲル反応により、セルロース繊維周りに数μm厚の柔らかいシリカの被膜を形成する。この被膜は、被膜とセルロース双方の持つ水酸基の水和脱離のシロキサン結合によって強く結合する。この被膜は撥水性を持ち、紙を強くする。光の屈折率が高い被膜によって紙の透光性と光沢が増す。液には、食品等の安全性を損なうものが含まれておらず、
米国食品医薬品局FDAの認定も得ている。これらの特性を利用すれば、高級のプラスチック代替品ができる。
例として、紙のストローをドブ漬けしてシリカテック®コートした。このストローは、水に72時間漬けても折れ曲がらない。また、サトウキビから作ったバルガー紙で作った紙飛行機をシリカテック®液噴霧コート
して強化した後、Fig.1に示すように東大柏の葉キャンパスにある風洞実
験装置のマッハ７の風に当てた。その結果、機体は約200℃に上昇したが,燃えもせず12秒間損傷せず持ち堪えた。Fig.2に示す友禅紙等による紙皿
は、水に濡れても変形せず、高温使用や水洗して繰り返し使える。
物性上の興味は、シリカ被膜の３次元的な構造と多孔質性である。
(註) シリカテック®は、（株）超越化研の登録商標である。

Fig. 1 モニタ画面に映った紙飛行機とマッハ７での衝撃波のシュリーレン

Fig. 2

シリカテック®技術による紙皿P1-061K ＜ソフトマター科学＞

MLF-17

ナフィオン薄膜界面の凝集状態に及ぼす湿度の効果
An Effect of Humidity on Aggregation States at
Interface of Nafion Thin Films
1

川口大輔、1 米盛茂樹、1Keunwon Song、2 宮田 登、
2
吉田鉄生、2 宮崎 司、3 青木裕之、1 田中敬二
1
九大院工、2CROSS 東海、3JAEA

Nafion に代表されるパーフルオロスルホン酸系高分子電解質(PFSA)膜は、固体高分子形燃料電池(PEFC)のプロトン交換膜として使用され、近年では、小型化による携帯型 PEFC の実現も検討されている。この目的を達成するた
めには、PFSA 薄膜の凝集状態ならびにプロトン伝導機構を理解することが鍵となる。当研究室では、Nafion 薄膜は水中平衡膨潤状態において石英界面近傍で多層水和構造を形成し、異方的なプロトン伝導を発現することを明らかにしている[1]。本研究では、PEFC 動作環境の高湿度下における Nafion 薄膜の凝集状態とプロトン伝導性の関係を明らかにすることを目的とした。
試料として、等価質量(EW)が 1000 g•mol-1 の Nafion を用いた。膜は、1-プ
ロパノールの分散液からスピンキャスト法に基づ
exp.
き石英基板上に調製し、413 K で 3 h、真空乾燥
10cal.
を施した。その後、膜は室温、相対湿度 86%の10
重水調湿下において 5 h 保管することにより平衡
1010膨潤状態に到達させた。重水蒸気環境下におけ
10る膜厚方向の密度分布は中性子反射率(NR)測10定に基づき評価した。
10
Fig. 1(a)は相対湿度 86%、室温で測定した
(a)
10
10
10
Nafion 薄膜の NR 曲線である。図中の実線は
q / nm-1
Fig. 1(b)のモデル散乱長密度(b/V)プロファイル
5
か ら計 算 し た 反 射率 で あ る 。 調 湿 下の 場 合 、
4
Nafion 膜の基板界面付近には多層水和構造が3形成されないことを明らかにした。この結果は、
2基板界面付近に 5 nm 程度の多層水和構造が形
1(b)
成される水中平衡膨潤状態の結果[1]とは異なっ
0
0
20
40
60
80
ていた。すなわち、基板界面における Nafion のDepth / nm
凝集状態は、湿潤環境に強く影響を受けることが Fig. 1. (a) NR curve for a Nafion thinfilm supported on a quartz substrate
明らかになった。当日は、界面における凝集状態 under a D2O vapor condition at room
temperature. Experimental data set isとプロトン伝導性との関係について議論する。
shown by open circles, and a best-fit[1] Kawaguchi, Tanaka et al., Langmuir, 34, curve calculated using a model (b/V)
profile shown in (b) is expressed by a15483 (2018).
solid line.
Reflectivity / a.u.

0

-1

-2
-3

-4
-5

-6

(b/V) x 104 / nm-2

-7

-1

0

P1-062K ＜ソフトマター科学＞
PF-BL6A

側鎖型液晶性－非晶性ランダム共重合体の液晶秩序における共重合組成の影響
Effects of Copolymer Composition on Phase Behaviorof Side-Chain Liquid Crystalline-Amorphous Copolymers○金澤暉，鈴木涼平，竹下宏樹，徳満勝久
滋賀県立大学大学院 工学研究科【緒言】
側鎖型液晶性高分子においては，スペーサー長や液晶分率(fLC)等が相転移挙動に影響を与えるパラメータとなる．非晶性成分とのランダム共重合体の系では，それらに加えてメソゲン基のグラフト密度が重要なパラメータとなり得ると考える．すなわち，主鎖上の側鎖グラフト間距離とメソゲン基間距離の整合性が，相転移挙動や主鎖のコンホメーション、液晶相秩序に影響を及ぼす可能性である．本研究では，液晶分率の異なる側鎖型液晶性－非晶性ランダ
ム共重合体を合成し，共重合組成が相転移挙動や液晶相秩序に与える影響について検討した．
【実験】
シアノビフェニル型のメソゲン基を有する液晶性モノマーとアクリル酸 tert-ブ
チルから，共重合組成の異なる側鎖型液晶性高分子を ATRP 法により合成した．相転移挙動は DSC により評価し，液晶相の構造解析については，SAXS・WAXS により評価した．これらには，PF の BL6A を用いた．
【結果・考察】DSC から得られた液晶－等方転移温度(Tiso)の組成依存性から，Tiso は液晶
分率低下に伴い低下する傾向にあったが，0.75 < fLC < 1.0 において概ね一定であった．また，上記分率においてピークの半値幅(FWHM)がほぼ一定，つまり非晶性成分を導入しているにもかかわらず液晶ホモポリマーと同等の秩序度を有した．この秩序度保持効果と非晶性成分導入による Tiso 低下効果の相殺によって，Tiso が一定になったと考察する．
上記結果は，Sm 層面内におけるメソゲン基の面内密度と主鎖上の側鎖グラフト間距離(非晶性成分導入により変化)の関係により理解できると考える．つまり，fLC > 0.75 において非晶性成分の導入は，主鎖上の側鎖グラフト間距離を広げることにより主鎖やスペーサーにかかるストレスを緩和する方向に働く．
一方 fLC < 0.75 においては，主鎖上での側鎖グラフト間距離が広くなりすぎるた
め，液晶相を形成する際に主鎖やスペーサーにかかるストレスが増大するのではないかと考える．また，WAXS の結果より，メソゲン基間隔が液晶分率低下に伴い拡大していることからも，メソゲン基の密度と主鎖のコンホメーション，
および液晶構造の秩序度には相関があると考える．

P1-063K ＜ソフトマター科学＞
MLF-BL02

水蒸気導入システムを用いた高温高湿下のNafion 中の水のダイナミクス
Water dynamics in Nafion under high temperatureand humidity by using water vapor induction system
山田 武、有馬 寛、吉田 鉄生、宮崎 司
CROSS
燃料電池などの機能性高分子材料の機能は、高分子材料中の水のダイナ
ミクスと密接に関連している。そのため、実際に利用する条件でそのダイナミクスを測定することが重要である。我々は、工業的によく利用される 85℃、
85%RH 条件を目標に温調・調湿可能な水蒸気導入システムの整備を進めている。本発表では、本システムを利用して測定した、Nafion 中の水のダイナミクスについて報告する。実験は、MLF-BL02 に水蒸気導入システムを設置して、試料に温調・調湿したガスをフローさせながら行った。測定時のエネルギー分
解能は 3.6μeV とした。
図には、67℃で湿度を変えたときの準弾性散乱プロファイルを示した。
RH=0%でも分解能関数より広い準弾性散乱が観察された。湿度の上昇とともに、準弾性散乱強度が増大することが確認された。詳細については当日発表する。

P2-049K ＜ソフトマター科学＞
BL-6A

銀ナノ粒子を含有した AOT/水/有機溶媒混合エマルション
系の SAXS/SANS による構造解析
Structure analysis of AOT/water/organic solvent
mixed emulsion systems containing Ag
nanoparticles by SAXS/SANS
原田雅史、山本実穂 （奈良女子大生活環境）【緒言】 エマルションは金属ナノ粒子合成の反応場として利用することができる。我々はこれまで、過塩素酸銀を添加した陰イオン界面活性剤 AOT/水/nアルカン混合エマルション系の逆ミセル内部を反応場とした紫外線照射による銀ナノ粒子の形成を、SAXS, TEM 観察を用いて確認してきた(平均粒径 7～9nm)[1]。本研究では、SAXS と SANS の相補的活用により、ナノ粒子形成前後での AOT/水/有機溶媒混合エマルションの構造変化について検討した。
【実験】 AgClO4 を添加した陰イオン性界面活性剤 AOT/水/有機溶媒（ベンゼンまたは n-アルカン(オクタン, デカン)）混合エマルション系中の逆ミセル内部に、紫外線照射により銀ナノ粒子を合成した。
【結果と考察】 3 つの異なる core-shell モデル(Fig. 1)に基づき、コントラスト変化法を用いた
SANS 解析から、銀ナノ粒子を含む水滴コアのサイズおよび AOT シェルの厚み等を算出した。一方、
SAXS から銀ナノ粒子および凝集体のサイズを算出した(Fig. 2)。SANS 解析から、ナノ粒子の形成前後において逆ミセルのサイズはほぼ変化せず(水滴コアの平均直径 3～4 nm, AOT シェルの厚 Fig.1 Core-shell model of different
length densities (SLDs) for
み 0.4～1 nm 程度)、安定な水滴コア内でナノ粒子 scattering
theemulsions
includingAgnanoparticles.
が形成・成長することが分かった。また
SAXS/SANS によScattering
from
(a)
(b)
Ag nanoparticles
り、有機溶媒または水のコントラスト
変調によらず同じ構造の逆ミセルおよび銀ナノ粒子が形成されることがFig.2 (a)CV-SANS & (b)SAXS profiles from models in Fig.1.
確認できた。
[1] M. Harada and R. Ikegami, Cryst. Growth Des. 2016, 16, 2860-2873.

P2-050K ＜ソフトマター科学＞
BL-15A2

テンダーX 線を利用した小角散乱法による加硫ゴムの構造解析
Structural analysis of vulcanized rubber using small
angle scattering utilizing tender X-ray
高木 秀彰
KEK 物構研
ゴムは加硫して混錬することで、材料としての機能が大幅に向上することが知られている。またカーボンブラックやシリカ粒子などのフィラー材をガムに添加することで、力学特性が大きく向上する。フィラー材を含んだ加硫ゴムには
マイクロメートルオーダーからナノメートルオーダーにかけて広い階層構造を形成することが知られており、中性子や放射光 X 線を用いた研究が行われている。量子ビームの小角散乱実験から、カーボンブラック粒子の凝集体による質量フラクタルや、凝集体のサイズ、一次粒子の表面フラクタルなどの構造情報を得ることができる。
PF の BL-15A2 には世界的にもユニークであるテンダーX 線専用の小角散乱回折計が設置されている。テンダーX 線は明確に定義されていないが、1～
5keV 程度の X 線エネルギーを差す。このエネルギー領域は大気中では X 線が吸収されてしまうために、真空下、もしくはヘリウム下で実験を行う必要がある。BL-15A2 に設置されているテンダーX 線専用の回折計は試料部から検出器まですべて真空にすることができる。
加硫ゴム内の硫黄の分布に関する研究はほとんどなく、フィラー材を含まないゴムでは加硫によって生じる網目構造の不均一性が存在することが報告されている。そこで、本研究では加硫ゴム内の硫黄の分布を評価するために、硫黄の原子異常分散効果を利用した小角 X 線散乱実験を行った。

P2-051K ＜ソフトマター科学＞
MLF-BL16

中性子反射率法で観る油層からの界面活性剤吸着挙動
Adsorption of surfactants from oil observedby neutron reflectometry
根本文也 1、山田悟史 2
1
防大電情、2KEK-中性子
両親媒性分子が溶解・分散した水層から、気体界面や固体界面に吸着する現象は洗浄などの応用的観点から精力的に研究されてきた。その吸着挙
動は化学ポテンシャルを基にしたギブスの吸着式で記述できる[1]。また、例えば典型的なカチオン性界面活性剤である Cetyltrimetylammonium bromide(CTAB) は固体界面で 2 分子膜やミセル構造を形成することがわかっており、
単なる吸着挙動に加え界面でのナノ構造の理解も進んでいる。近年我々は、疎水性のネマティック液晶に添加する配向剤の基板への吸着と液晶配向の関係を調べるため、添加剤 CTAB の濃度を変えて中性子反射率実験を行なった。その中で、基板表面で CTAB が単分子膜を形成すること、濃度の増加とともに CTAB の配向と表面密度が一次転移的に変化し、液晶の配向も同時に変化することを見出した[2]。このような急激な密度の変化は水溶液系では観察されず、ギブス吸着式の係数か構成方程式のどちらかが水系と異なると考えられる。本研究では、単純かつ透明な油のヘキサデカン（長鎖アルカン）と CTAB の混合系に対して同様の実験を行い、液晶の場合との違いを調べるとともに、動的光散乱測定で同定可能な CTAB の液中での凝集構造と関連づ
け、油層からの界面活性剤の吸着挙動を明らかにすることを目指した。
試料にはヘキサデカンに重水素化 d-CTABを混合し、その比率を変化させて用いた。実験には J-PARC MLF の中性子反射率計
BL16 SOFIA を使用し、溶液試料がシリコン基板に接し、基板表面での積層構造を検出可能な配置で行なった。
図 1 に得られた中性子反射率スペクトルを示す。基板-表面石英層-（d-CTAB）-ヘキサ
デカンのモデルでフィットできている。加えて、添加濃度の増大に伴い、密度の急峻な増大が確認できた。CTAB の凝集構造や配向に
図 1 反射率プロファイル
ついての検討結果は学会当日に議論する。
[1] A. J. Prosser, et al., Coll. Surf. A 178, 1-40, (2001).
[2] F. Nemoto et al., submitted.

P2-052K ＜ソフトマター科学＞
PF BL-6A、BL-10C、BL-15A2

PF SAXS ビームライン
SAXS bemalines at the Photon Factory
清水伸隆 1、高木秀彰 1、永谷康子 1、米澤健人 1、大田浩正 2、森丈晴 1、
谷田部景子 1、高橋正剛 1、西條慎也 3、鈴木文俊 3、及川哲郎 3、五十嵐教之 1・
1
KEK 物構研放射光、2 三菱電機 SC、3 日本アクシス
PF には、BL-6A、10C、15A2 という 3 本の SAXS（小角 X 線散乱）ビームラインがある。BL-6A(1 は、偏向電磁石を光源とするビームラインで、鉛直方向は
湾曲平板ミラーで集光し、水平方向は湾曲結晶モノクロメータ（Ge(111)）で分光しながら集光している。そのため、測定 X 線波長は 1.5Å に固定されている。
集光点（検出器面）でのビームサイズは 0.25 (V) mm x 0.50 (H) mm である。最長カメラ長は 2.5m で、SAXS 検出器として PILATUS3 1M、WAXS（高角散乱）用検出器として PILATUS 100K（いずれも Dectris）を利用している。BL-10C(2も同じく偏向電磁石を光源とするビームラインで、間接水冷式定位置出射型 2結晶分光器（Si(111)）で分光し、湾曲円筒ミラーで 2 次元集光している。測定 X
線エネルギーは、通常 7～14keV（0.86～1.77Å）の範囲で、集光点でのビーム
サイズは 0.18 (V) mm x 0.63 (H) mm である。最長カメラ長は 3.0m で、SAXS検出器として PILATUS3 2M、WAXS 検出器として PILATUS3 200K を利用している。BL-15A2 は短周期アンジュレータを光源とするビームラインで、分光器は液体窒素冷却式定位置出射型 2 結晶分光器（Si(111)）である。集光に関しては、鉛直方向は 1 枚の湾曲平板ミラー、水平方向は光学経路に仮想光源点を配置し、バイモルフミラーによる多段集光を行なう立体集光系となっている。
実験ハッチ内には 2 つの実験装置が直列に配置されており、上流側にはテン
ダーX 線領域のエネルギー（2.1～5.4keV）を利用する真空散乱計測系が用意されており、真空対応の PILATUS3 2M を利用した GISAXS 装置が整備されている。また GISAXS と蛍光測定との同時測定も可能となっており、蛍光スペクトルに基づく異常分散測定なども実行できる。集光点でのビームサイズは 0.035(V) mm x 0.288 (H) mm である。ハッチ下流側には硬 X 線領域（5.7～15keV,
0.83～2.17Å）を利用する汎用の SAXS・WAXS 計測系が整備されている(3。集光点でのビームサイズは 0.040 (V) mm x 0.663 (H) mm で、最長カメラ長は3.5m、SAXS 検出器として PILATUS3 2M（真空/非真空対応型）、WAXS 検出器として PILATUS3 300K-W（いずれも Dectris）を利用している。本発表では、
これら 3 ビームラインの現状に関して紹介する。
1) AIP Conf. Proc. 1741, 030018 (2016). doi: 10.1063/1.4952841
2）AIP Conf. Proc. 2054, 060041 (2019). doi: 10.1063/1.5084672
3) AIP Conf. Proc. 2054, 060038 (2019). doi: 10.1063/1.5084669

P2-053K ＜ソフトマター科学＞
PF-BL6A

セルロースナノファイバー/ポリビニルアルコール
コンポジットハイドロゲルの力学的性質と構造
Mechanical and Structural Properties of Cellulose
Nanofiber/Poly (vinyl alcohol) Composite Hydrogels
武野宏之、井野口弘樹
群大院理工[緒言] セルロースは地球上で最も豊富に存在する生物資源であり、高分子
やゴム材料へのフィラーとしての利用が期待されている。近年、セルロースの微細化の技術が向上し、セルロースナノファイバー(CNF)などの微細化セルロ
ースを容易に生産することが可能となった。一方、ポリビニルアルコール(PVA)
は水溶性、生体適合性ポリマーとして知られており、凍結融解法や種々の架橋剤によってハイドロゲルの作製が可能である。本研究では、PVA ハイドロゲ
ルに対して、CNF を組み込むことによって、力学特性に優れたコンポジットハ
イドロゲルを作製し、その構造を放射光小角 X 線散乱(SAXS)/広角 X 線散乱(WAXS)を用いて調査した。
[実験]凍結融解法を用いて作製した PVA ハイドロゲルに対して架橋剤（四ホウ酸ナトリウム, borax）と CNF を添加した CNF/PVA/borax ゲルと、架橋剤なしの CNF/PVA ゲルの力学的性質(伸長測定)や構造を比較した。
[結果]Fig.1 に種々のハイドロゲルの WAXS 結果を示す。q ≈ 1.38Å-1 に観測される小さなピークは、PVA の(101) と( ) 反射のオーバーラップに相当する。
一方、SAXS 結果（Fig.2）を見ると、PVA ゲル、CNF/PVA ゲルいずれにおいても q ≈ 0.035 ~ 0.05Å-1 にショルダーが観測された。これらは、PVA 結晶の長周期ピークに相当する。当日は、これらの散乱データの解析と力学的性質をまとめた結果について報告する。

Fig. 1 WAXS profiles for various gels.

Fig. 2 SAXS profiles for various gels.

P2-054K ＜ソフトマター科学＞
MLF-BL16

シリカ界面におけるバウンドラバーの形成過程評価
Formation Process of Bounded Rubber Layer at
Silica Filler and Coupling Agent Interface
堀耕一郎 1、増井友美 1、山田悟史 2、瀬戸秀紀 2、岸本浩通 1
1.住友ゴム工業(株)、2.KEK-中性子
日常で用いられている材料の多くは、2 つ以上の異なる材料を一体的に組み合わせたコンポジット材料である。コンポジット材料の力学特性は、一般にマトリックスおよびフィラー自身の力学特性に加えて、フィラー表面に吸着・結合したマトリックスの構造の影響を大きく受ける。そのため、高機能なコンポジ
ット材料を作製するにあたり、(マトリックス/フィラー)界面における構造を理解することは非常に重要である。自動車や飛行機などに用いられるタイヤも例
外ではなく、スチレンブタジエンラバー (SBR) やポリブタジエンなどのエラスト
マーをマトリックスとして、シリカ微粒子やカーボンブラックなどをフィラーとして用いたコンポジット材料である。そのため、タイヤ材のグリップ特性、転がり抵抗、耐摩耗性などの物性を向上させるために、これまでにフィラーの界面改質によるエラストマーの吸着層、いわゆるバウンドラバー層 (BRL) の構造制御が行われてきたが、制御自体は経験則に基づくものが多く、BRL の構造形成
過程はほとんど理解されていない。本研究では、フィラー界面における BRL の構造を制御する因子を明らかにするため、モデル系として SiO2-SBR 薄膜を用
い、中性子反射率 (NR) 測定に基づき BRL の構造形成過程を追跡した。
試料として、ランダム共重合体の SBR を、基板には Si ウエハー上に SiO2膜を真空蒸着法により製膜したものを用いた。SiO2 膜の表面改質のために、
カップリング剤である Bis(triethoxysilylpropyl)disulfide 単分子膜をアルゴン雰
囲気下にて塗布した。その後、SBR 膜はスピンコート法に基づきトルエン溶液から調製した。得られた試料は室温で 8 h 以上真空にて乾燥した。比較として、
SiO2 膜上に直接 SBR 膜を製膜した試料を調製した。SBR 膜および膜中における BRL の構造形成過程は、NR 測定(MLF-BL16, SOFIA)に基づき評価した。
測定は 423 K、真空雰囲気下にて行った。当日は、シリカフィラーおよびカップ
リング剤界面における BRL の組成プロファイルおよびその時間発展について報告する。

P1-064L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞

使用ステーション／BL-5A, NE3A

容易な結晶構造決定を目指した改変 TOP7 蛋白質の構築
Construction of TOP7 variants aiming for easy
structure determination
伊東由貴、志賀翔太、真壁幸樹
山形大学工学部バイオ科学工学科
Top７は 2003 年に David Baker らがゼロから人工的に設計した蛋白質である。
天然のアミノ酸配列と全く相同性がないため、蛋白質の純粋な分子特性を理解するためのモデル蛋白質として魅力的である。しかし，我々のグループにおいて Top７の結晶化，X 線回析実験を試行したところ、分解能が低く構造解析に至らなかった。モデル蛋白質として様々な研究に応用するためには、容易に結晶化して分子構造を決定できる必要がある。
そこで本研究では、容易に結晶化させるための蛋白質改変技術として、広く用いられている“表面残基エントロピー減少法”を TOP7 に対して行なった。これはリシンやグルタミン酸などのコンフォメーションの自由度が高い残基をより小さなセリンやアラニンに置換することで結晶化を促す方法である。
Top7 表面残基変異体として、Top7SuMu1 (K44A，Q45A，K48A)とTop7SuMu2 (K44A, Q45A，K48A，K59S，K60S)を作製した。この 2 つの変異体の結晶化に成功し，PF にて X 線結晶回折測定を行なった。得られた分解能は
SuMu1 で 1.7 Å，SuMu2 で 1.6 Å であり、TOP7 の報告されている分解能 2.5Å
より改善した。得られた結晶構造から、分解能改善の分子基盤を議論する。

P1-065L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL5A

過酸化水素分解酵素 Rubperoxin の結晶構造解析
Crystal structure analysis of peroxidase Rubperoxin
伊藤拓未１、庄村康人 1１ 茨城大学 大学院理工学研究科【目的】 Rubperoxin(Rpr)は 181 アミノ酸残基からなる分子量約 20,000 の過酸
化水素分解酵素で、偏性嫌気性細菌 Clostridium acetobutylicum を低酸素濃度下で生育させた時に発現が誘導されるタンパク質として同定された。そのア
ミノ酸配列は、同じく過酸化水素分解酵素として知られる Rubrerythrin(Rbr)と高い相同性を示すが、Rbr は N 末端側に ferritin 様ドメインを、C 末端側に
rubredoxin(Rd)ドメインを持つのに対し、Rpr はこれらのドメインの順序が逆になっている点が異なる。本研究では、このドメインの配向の違いが与える立体構造への影響について検証した。
【方法・結果】 Rpr の産生には大腸菌の発現系を用い、N 末端側に挿入した
Strep タグを利用したアフィニティーカラムおよびゲルろ過カラムによる精製を行い、最終精製標品とした。結晶化条件の探索の結果、沈殿剤に亜鉛を含む
条件でのみ結晶が得られ、その X 線回折データを Photon Factory の BL-5Aで収集した。
構造解析の結果、Rbr は 2 量体を生理的会合状態とするのに対し、Rpr は結晶中で trimer of dimer の 6 量体を形成しており、2 量体同士の界面には亜鉛イオンが配位していた。また、3 量体化により生じた立体障害の影響で Rbr と同じような配向で Rd ドメインが存在することができなくなっており、Rd ドメインに由来する電子密度は見られなかった。
そこで、亜鉛が会合状態に与える影響を検討するために、その配位に関与
する 2 つのヒスチジンをセリンに置換した 2 点変異体(Rpr(H155S/H159S)を調製し、その結晶化を行った。2 点変異体の結晶は亜鉛を含まない沈殿剤を用いた条件で析出し、その構造解析の結果、2 点変異体は野生体同様に結晶中
で 6 量体をとっていた。また、2 量体間の界面には金属の結合は見られなかったことから、6 量体形成には亜鉛イオンが関与しないことが示唆された。さらに、Rd ドメインの電子密度は野生体同様に観測されなかった。
【考察】 2 点変異体の過酸化水素分解反応の比活性は野生体と同様であり、
X 線小角散乱の散乱曲線も両者にほとんど違いがないことから、変異導入による立体構造への影響は非常に小さいと考えられる。Rd ドメインの電子密度が確認されなかった理由は不明であるが、X 線小角散乱の解析結果を考慮す
ると、溶液中でも Rd ドメインは特定の位置に配向していない可能性が高い。
【参考文献】[1] Kawasaki. S et al. AEM. 2009. 75. pp. 1021-1029

P1-066L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF BL-1A

S-SAD 法を利用した海洋生物由来タンパク質の構造解析
Structure analysis of protein extracted from marineorganism by S-SAD method
影山大夢 1，小野寺かこ 2，松井崇 3，小川智久 1,2，田中良和 1,2
1
東北大・農，2 東北大院・生命科学，3 北里大・理
天然のタンパク質には有用な機能を有する分子が存在する．しかし，それらのタンパク質は微量しか存在しないことが多く，X 線結晶構造解析法により構造決定するのが難しい場合がある．本研究では，海洋生物から単離された生
理活性を有する新規タンパク質（THK1）の構造解析に取り組んだ．海洋生物から単離・精製した THK1（海洋 THK1）の結晶および Native データはすでに得られており，構造類似タンパク質の立体構造をサーチモデルに用いた分子置換法での構造解析に取り組んでいたが，その構造は決定できていなかった．
そこで本研究では，大腸菌発現系をもちいて THK1 を大量調製し（rTHK1），その結晶構造を S-SAD 法によって決定し，さらに，rTHK1 の構造を用いた分子置換法により海洋 THK1 の構造を決定した．
rTHK1 の結晶は，長波長の X 線を用いてデータ収集する際に問題となる溶媒による吸収の影響を抑えるために，NW12 のレーザー加工装置を用いて整形した（図 1）．その後，BL-1A にて 2.7 Å の波長の X 線を用いて，分解能 3.0 Åの X 線回折データを収集した．プログラム SHELX により非対称単位中の 6 つの硫黄原子のうち 4 つの位置が決定され，これをもとにプログラム phenix により 245 残基のモデルが構築された．さらに，構造精密化用に 1.1 Å の波長を用いて収集した分解能 1.4 Å の X 線回折データを用いて構造精密化を行った．
最後に，得られた rTHK1 の構造を用いて海洋 THK1 の構造を決定した．
構造類似タンパク質の立体構造をサーチモデルとした分子置換法により海洋 THK1 の構造が決定できなかった理由を考察するために，最終的に得られた海洋 THK1 と，構造類似タンパク質の構造を比較すると，これらは非常に類似していた．しかし，一部のβシートの向きに微細な違いがみられたため，構造類似タンパク質のこの部分を切除したモデルを用いて分子置換法を行った
ところ，容易に海洋 THK1 の構造を決定することができた．これらの結果から，
βシートの向きの微細な違いにより，分子置換法
による計算の過程で隣接する分子同士の立体障害が発生したため，解が得られなかったと考えられる．
図 1 レーザーによる結晶の加工

P1-067L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL17A

9-1-1 と 5’末端のフラップ DNA を切断する FEN1 との複合体の結晶化
Crystallization of 9-1-1 in complex with FEN1
removing 5’ overhanging DNA flaps
永田季穂、原幸大、菱木麻美、橋本博
静岡県立大学薬学部【目的】 9-1-1 は RAD9、RAD1、HUS1 で構成されるドーナツ状の DNA クラン
プであり、DNA 二本鎖切断などにより生じた損傷部位に結合する DNA 損傷センサーである。9-1-1 は DNA 損傷チェックポイントを活性化することで細胞周期 を 停 止 さ せ 、 DNA 損 傷 を 修 復 す る た め の 時 間 を 稼 ぐ 。 FEN1 (Flapstructure-specific endonuclease 1) は 9-1-1 と相互作用するエンドヌクレアー
ゼの一つであり、9-1-1 と相互作用し、DNA 損傷により生じた 5’末端のフラッ
プ DNA を切断すると考えられているが、詳細なメカニズムは不明である。
9-1-1 は修復やチェックポイントに関わる様々なタンパク質と相互作用することが知られている。しかし、これまでに解明された複合体構造は、チェックポイ
ントの活性化に関わる RHINO ペプチドとの複合体のみであり（Hara et al., JBC,2019）、9-1-1 のタンパク質間相互作用に関する知見は限定的である。本研究では、9-1-1 と FEN1 の複合体の立体構造とタンパク質間相互作用を明らかにすることを目的とし、9-1-1 と FEN1 ペプチドとの複合体の調製と結晶化、X 線回折実験を行った。
【方法】 9-1-1 は既報に従い大腸菌を用いた組換えタンパク質として調製した（Hara et al., JBC, 2019）。得られた組み換えタンパク質と FEN1 ペプチドをモル比 1:10 で混合し、シッティングドロップ蒸気拡散法にて 20 ℃で結晶化条件の探索を行った。得られた結晶をエチレングリコールを含むクライオプロテクタン
トに浸漬させたのち、液体窒素で凍結した。その後、PF-BL17A にて X 線回折実験を行った。
【結果および考察】 結晶化条件を探索した結果、ポリエチレングリコールを沈殿剤とする条件で板状のクラスター結晶が得られた。X 線回折実験を行ったと
ころ、タンパク質結晶特有の回折点が見られた（3.4 Å 分解能）。その後、X 線
回折データ収集を行い、プログラム XDS により、反射の指数付けと積分処理を試みた。しかし、晶系や格子定数の決定には至らなかった。その原因として、結晶が多結晶であったことが考えられる。今後、回折データ収集に適した良質な単結晶を得るために結晶化条件の最適化、及びクライオプロテクタントの検討による分解能の向上を行い、分子置換法による複合体の構造決定を目指す。また、マイクロフォーカスビームを用いた X 線回折実験も検討したい。

P1-068L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL1A、PF-BL5A、PF-BL17A

Elucidation of PLP binding and substrate recognition
mechanism of plant tyrosine decarboxylase
Hang Wang1, Yusuke Nakagawa1, Yasuharu Satoh2, Jian Yu1, Toyoyuki Ose1 and
Min Yao1(1 Graduate School of Life Science, Hokkaido University, 2 Faculty ofEngineering, Hokkaido University)
Plant tyrosine decarboxylase (TyrDC) is a group II pyridoxal 5’-phosphate(PLP)-dependent decarboxylase that mainly catalyzes the decarboxylation oftyrosine to tyramine. This is biologically important for diverting essential
primary metabolites into secondary metabolic pathways. Intensive studies havecharacterized the effective of PLP-binding and the substrate specificity of
mammalian 3,4- dihydroxyphenyl-L-alanine (Dopa) decarboxylases, a memberof group II PLP-dependent decarboxylase. However, the characteristics of PLP
binding and substrate specificity of plant TyrDCs remain unknown.
In this study, we focus on the PLP binding manner and substrate recognition
mechanism. We determined the crystal structures of the apo and PLP binding
form of type II TyrDC from Papaver somniferum (PsTyrDCII and
PsTyrDCII-PLP).
We
alsodeterminedthestructuresof
PsTyrDCII-PLP-inhibitor (Carbidopa) and H203F of PsTyrDCII with PLP and
p-tyrosine. The apo and PLP binding form structures of PsTyrDCII showed that,
unlike mammalian Dopa decarboxylase, the binding of PLP does not induce
distinct conformational changes regarding the overall structure, but the PLPbinding pocket displays conformational changes at Phe124, His203 and Thr262.
Meanwhile, combining structural comparation and the biochemical results,
H203 not only stabilize the PLP binding but also related to the rotation ofsubstrate carboxyl group which facilities the formation of Schiff base of
substrate and PLP. Our study demonstrated that PsTyrDCII does not binds PLP
tightly. Such characteristics of PLP binding may be required by its catalytic
reaction and substrate binding.

P1-069L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
KEK-PF/AR-NW12A, BL5A

キナーゼ DAPK のリン酸転移反応の考察
Consideration of the phosphoryl transfer reaction ofkinase DAPK加藤康平 1・松尾悠平 2・田中伊知朗 1,3
1 茨城大院理工, 2 秋田大医, 3 茨城大フロンティアセンター
プロテインキナーゼは、代謝、細胞分裂など多くの重要な生体内メカニズムに関与し、調節する役割を担う。プロテインキナーゼによる調節が失われると癌、糖尿病、神経障害などを含む多くの疾患のトリガーとなるため、主要な治療標的となっている。Death-Associated Protein Kinase 1(DAPK1)は Ca2+/CaM
依存性プロテインキナーゼサブファミリーに属する Ser/Thr キナーゼである。
生体内で脱リン酸化されることで活性化し、細胞死を促進する。DAPK1 は急性虚血性心疾患、および子宮内膜線癌の治療標的となっている。現在、プロテインキナーゼの構造の多くは解明されているが、キナーゼにおけるリン酸転移反応については疑問が残っている。特に、触媒残基のプロトン化状態や保存された水分子の配向などである。そこでＸ線結晶構造解析による結果とキ
ナーゼ活性測定の結果を用いて、リン酸転移機構について調べた。。
活性部位における ATP との相互作用を観察するため、リガンドに ATP を含む計 5 種類の ATP 類似体(ATP、AMP-PnP（ANP）、ATP-γS（AGS）、
AMP-PCP（ACP）、ADP)を用いて比較する。金属には Mg を用いた。リン酸転移に関与する残基、配位する金属と水分子に注目し、プロテインキナーゼとしてテンプレートな存在である cAMP-dependent protein kinase (PKA-C)と比較し、考察した。また、キナーゼのリン酸転移反応を観察する方法として 2 種のキナーゼアッセイキットを用いた。これらのキナーゼアッセイキットでは、いずれもリン酸化によって特定波長の蛍光が発せられ、測定機器にマルチグレー
ティングマイクロプレートリーダー SH-9000Lab を用いた。結晶化条件におけるリン酸転移反応について比較を行い、考察した。これらの結果をまとめ、ポスターにて報告する。

P1-070L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞

新規メタロ-β-ラクタマーゼ阻害剤の結晶構造解析
The structural analysis of inhibitory compound formetallo-β-lactamase (MBL)
加茂大知 1、黒田圭一 1、米田友貴 2、高屋明子 1、
額賀路嘉 3、西田紀貴 1、星野忠次 1（1 千葉大院薬、2 北大院工、3 城西国際大薬）【背景・目的】新たな抗菌薬が開発されるたび、細菌はそれに対する耐性を獲得する。近年、その脅威を広げているのが、メタロ-β-ラクタマーゼ(MBL)を産生する薬剤耐性菌である。代表的な抗菌薬であるβ-ラクタム剤を加水分解するβ-ラクタマーゼのうち、活性中心に亜鉛原子を持つことから MBL と呼称される。MBL 産生菌はペニシリン系やセフェム系だけでなく、カルバペネム系の抗菌薬への耐性も持つため、非常に危険視されている。しかし現在、臨床レベルの MBL
阻害剤はなく、その開発が急務となっている。本研究では、MBL 阻害活性を有する化合物の、計算機設計とその合成、MBL 阻害活性の評価を行う。
【方法・結果】
MBL のうち特に危険視されている IMP-1(Imipenemate)、NDM-1(NewDelhi MBL)に対し阻害活性を有する化合物 1 を同定した。
構造改変①：化合物 1 は IMP-1 との共結晶中において、一部がδ-ラクタム環の開裂した構造(化合物 2)を取ることが示された(Figure 1)。MD シミュレーショ
ンの結果、化合物 2 はより強い IMP-1 阻害活性を示すと示唆された。δ-ラクタ
ム環の開裂で生じたカルボキシ基が、亜鉛原子と相互作用することが予測される。現在、化合物 2 の合成を進めている。
構造改変②：化合物 1 のフェニル基周辺には空隙があり、置換基導入により空隙を埋めることで、タンパク質との親和性向上が期待できる。当グループで独自に開発した Orientation プログラムを用いてドッキングシミュレーションを行い、その結果をもとに化合物 1 の構造類縁体を合成した。それら類縁体のMBL 阻害活性についての評価も行った。
本発表では、計算機を用いた構造改変 案の 検討、 構造
類縁体の合成とIMP-1 阻害活性の評価について発表する。

P1-071L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
Effect of electrostatic potential on protein crystallization
Aim: X-ray crystallography is a major experimental method for determining high-resolution structuresof biological macromolecules. The crystal growth of protein molecules is, however, a critical step for
successful analysis of this method. Ammonium sulfate (AS) and polyethylene glycol (PEG) are themost popular precipitants to induce protein crystallization. Some proteins are readily crystallized by AS,
while others are by PEGs. The reason why favorable crystallization conditions are different amongproteins is not clear. In this work, we picked up more than 100 crystal structures that were crystallized
by AS. The electrostatic potentials were contrasted to those of the proteins that were crystallized by
PEGs. The aim of this study is to clarify the reason of favorite for precipitants in protein crystal growth.
Materials and Methods: 140 crystal structures were downloaded from Protein Data Bank (PDB).Outof 140, 100 crystals were obtained by AS at the concentrations above 2.0 M, and 10 were by AS at theconcentrations below 2.0 M. 20 crystals were grown by PEGs, 6 were by high concentrations of NaClor LiCl, and the rest 4 were by glycerol. The missing residues in the crystal structures were added byhomology modeling using MODELLER. The pKa calculation was carried out using PROPKA for all thetitratable residues. The protonation states for the titratable residues were determined so that the total
charge of protein became zero at a certain pH condition. For the residue types used in AMBER, GLU
and ASP were renamed into GLH and ASH for protonation when the total charge was negative. In
contrast, ARG and LYS were renamed to ARN and LYN for deprotonation when the total charge waspositive. The hydrogen-generated protein models were created, making use of the tLEaP module of
AMBER tools. Electrostatic potentials around the proteins were obtained by the continuum calculation
method using DelPhi, and the potential map was visualized by Chimera.
Results: For the proteins that were crystallized in high concentrations of AS, the positive and negative
areas of electrostatic potential were almost equally separated. The pH values that made the total
protein charge zero in pKa calculation were close to the pH in which protein crystals were grown up in
experiments. These findings suggested that the alteration of the protonation states of the surface
amino acid residues is one of the techniques to promote protein crystallization.

P1-072L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL5A

超好熱性古細菌由来 MTAP の精製および結晶化
Purification and crystallization of methylthioadenosine
phosphorylase
菊池槙子 1、山内崇浩 2、柳田裕香 2、船木明日香 2、長谷川さとみ 2、
飯塚康人 2、角田大 1,2
１ 医療創生大院理工、2 医療創生大薬
5’-Deoxy-5’-methylthioadenosine phosphorylase(MTAP)はプリンサルベー
ジ経路中で働き、可逆的な 5’-Deoxy-5’-methylthioadenosine の可逆的な加リ ン 酸 分 解 を 触 媒 し 、 生 成 物 は フ リ ー の ア デ ニ ン と
5-methylthioribose-1-phosphate(MTR-1-P)である。アデニンは続いてホスホ
リボシル転移酵素の反応を通してヌクレオチドに再利用され、一方でMTR-1-P はメチオニン生合成に用いられる。MTAP の活性は細胞中で生産されるフリーのアデニンのすべてに原則的に関与しており、この酵素はプリンサ
ルベージ経路において重要な機能を果たしていることを示している。
超好熱性古細菌 Aeropyrum pernix 由来の MTAP をコードするプラスミドを大腸菌 Rosetta-gami(DE3)に形質転換し、大量培養を行った。集菌後、超音波破砕を行い、80℃で 30 分熱処理し、目的タンパク質が生体内と同様に折り畳まれるようにした。その後 40％飽和の硫安分画を行い、目的タンパク質を沈殿させた。緩衝液で透析し、硫安を取り除いた後、陰イオン交換カラムにアプライした。SDS-PAGE にて単一バントになることを確認した。結晶化はハンギ
ングドロップ蒸気平衡拡散法を用いて行った。

P1-073L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL17A／BL1A

ATR-CHK1 チェックポイント経路の活性化に関わる
9-1-1 と RHINO の相互作用解析
Interaction analysis between 9-1-1 and RHINO
in ATR-CHK1 checkpoint pathway
玉舟亮太 1、飯田奈央 2、原幸大 1,2、櫻井ひとみ 2、石川吉伸 1,2、大橋英治 3、
菱木麻美 1,2、橋本博 1,2
１ 静岡県大院薬、２ 静岡県大薬、３ 九大院理【目的】
ATR-CHK1 経路は主に S 期および G2/M 期で働く DNA 損傷チェックポイン
トである。DNA 損傷チェックポイントは、DNA 損傷に応じて細胞周期を遅延させることで損傷を修復するための時間を稼いでいる。9-1-1 および RHINO は
ATR-CHK1 経路において重要な役割を担っている。9-1-1 は RAD9、RAD1、
HUS1 からなる環状構造をもつ三量体であり、DNA 損傷センサーとしてはたらいている。RHINO は 9-1-1 および TOPBP1 に結合し、ATR キナーゼおよびCHK1 キナーゼの活性化に関わる。最近、我々は 9-1-1 と RHINO ペプチドの複合体の X 線結晶構造解析を行い、RHINO (55-64) が 9-1-1 の RAD1 サブ
ユニットに結合することを明らかとした （Hara et al., JBC, 2019） 。本研究では結晶構造で観測された相互作用を検証することを目的とし、RAD1 に変異を導入した 9-1-1 と RHINO との相互作用解析を行った。
【方法】
9-1-1 と RHINO の複合体の X 線結晶構造解析により RHINO は RAD1 の極性アミノ酸 (K155、R244、Q254) とイオン結合や水素結合を、疎水性アミノ酸
残基 (F64、M256、F266) とファンデルワールス相互作用を形成していることが明らかとなっている。RAD1 を介したこれらの相互作用が 9-1-1-RHINO 複合体の形成に及ぼす影響を調べるため、RAD1 に K155A/R244A/Q254A 変異あるいは F64A/M254A/F266A 変異を導入した 2 つの 9-1-1 変異体を調製した。また、RHINO (45-64） を GST 融合タンパク質として調製した。
【結果・考察】野生型 RAD1 で構成された 9-1-1 と GST-RHINO (45-64) を等量混合し、ゲルろ過カラムクロマトグラフィーに供した結果、9-1-1 と RHINO は共溶出し、
9-1-1 と RHINO との相互作用を検出することができた。一方、RAD1 に変異を導入した 2 種の 9-1-1 変異体を用い、同様に RHINO と共にゲル濾過クロマト
グラフィーに供したところ、RHINO との共溶出は確認されなかった。このことより、結晶構造で観測された RAD1-RHINO 相互作用は 9-1-1-RHINO 複合体の形成に重要であることが示された。

P1-074L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-AR NE3A, PF BL-5A

アンタゴニストによる TLR8 不活性化機構の構造科学的解明
Antagonist-inactivation mechanism of innate immune
receptor TLR8 revealed by X-ray crystal structure analysis
Kentaro Sakaniwa1; Hiromi Tanji1; Shuting Zhang2; Zhenyi Hu3; Hang
Yin2; Umeharu Ohto1; Toshiyuki Shimizu1
1: The University of Tokyo, 2: Tsinghua University, 3: Yale University[背景]Toll 様受容体 (TLR) は，病原体関連分子パターン (PAMPs) を認識し，サイトカインやインターフェロンの産生を誘導する I 型膜タンパク質である。
TLR は PAMPs の認識に関わる細胞外 LRR ドメイン，1 回膜貫通ヘリックス，
下流へのシグナル伝達を担う細胞内 TIR ドメインからなる。TLR8 が不活性化型二量体を形成し，アゴニスト結合により活性化型二量体を形成することは既に構造科学的に明らかにされているが，アンタゴニストとの結合様式については知られていなかった。今回我々は，TLR8-アンタゴニスト複合体の構造解析を行い，アンタゴニストによる TLR8 の不活性化メカニズムの解明を行った。
[方法]
清華大学 Yin 教授らにより開発された TLR8 に特異的なアンタゴニストである CU-CPT 化合物を用いて等温滴定型カロリメトリー (ITC) を行い， TLR8へのアゴニスト結合に対する影響を評価した。また，TLR8 と CU-CPT 化合物とを混合した上で結晶化を行い，TLR8-CU-CPT 複合体の X 線結晶構造解析を行った 1, 2。
[結果・考察]ITC の結果，CU-CPT 化合物は TLR8への低分子アゴニストの結合を阻害す
ることが確認された。また，X 線結晶構
造解析から，アンタゴニスト複合体は C
末端領域が互いに離れたリガンド非結合型と類似した全体構造を取っており，
不活性化型構造であることが確認された。アンタゴニストの TLR8 との結合様
式はアゴニストとは異なっており，アンタ 図 1: TLR8 結晶構造 (左: アゴニスト結合型，中央: リガンド非結合型，右: アンタゴ
ゴニストによって不活性化型構造が安定 ニスト結合型)
化され，アゴニストの結合が阻害されていると結論付けられる。
1. Zhang, Hu, Tanji and Sakaniwa et al. (2018). Nature chemical biology, 14, 58-64.
2. Hu, Tanji and Sakaniwa et al. (2018). Cell chemical biology, 25, 1286-1291.

P1-075L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
MLF BL20

７T マグネットによるタンパク質核偏極実験
Protein dynamic nuclear polarization experiment by
7T magnet
山内秀輝 1・能田洋平 2,3・前田知貴 3・小泉智 2,3・田中伊知朗 2,3
1 茨城大工，2 茨城大院理工，3 茨城大フロンティアセンター【緒言】
中性子回折実験における水素の検出感度向上の方法として、動的核偏極（DNP）がある。この手法を用いることにより、水素からの散乱長が従来の約 8倍となり、更に軽水素試料でもバックグラウンドが低減できるという利点がある。
この技術の実現には一般に、試料結晶中にラジカルを導入し、高磁場（3T）かつ極低温（1K）の条件を揃える必要がある。本研究では、以前山形大学にて、
ラジカル TEMPOL をリゾチーム結晶に高濃度で導入し、DNP 実験を行い偏極率の測定を行い、22.3%の偏極率を達成した。さらに高偏極率を実現するために MLF BL20 に設置されている７T マグネットを用いて、中性子ビームが出ていない条件でのタンパク質単結晶の各偏極実験を試みた。
【実験】
Sigma-Aldrich 社より購入したリゾチームとラジカル TEMPOL を、TEMPOL が50mM になるようバッチ法にて共結晶化し、NMR 感度の関係から、300mg 超の単結晶を複数 FEP チューブにセットして、磁場 7T、温度約 4K、マイクロ波としては 188GHz の条件で DNP 実験を行った。
【結果】
DNP 実験の結果、リゾチーム結晶の偏極に成功し、最大偏極率は正負で約40%を達成した。正偏極は、約 15 分で+40.3%、負偏極は、切り替え後、約 35 分
で-39.8%の核偏極率に到達した。山形大の 2.5T の常伝導マグネットに比べ、非常に早く（1/3 以下）、より高偏極化(約２倍)することができた。今後は中性子を用いた低角の回折パウダーパターンにより、散乱長の変化を確かめたい。

P1-076L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
MLF-BL15

スピンコントラスト粉末結晶回折法の開発
Development spin contrast variation diffraction
for powder crystal
三浦大輔 1,2, 岩田高広 1, 宮地義之 1, 元川竜平 2, 中川洋 2,
大場洋次郎 2, 関根由莉奈 2, 大原高志 2, 高田慎一 2, 廣井孝介 2,
森川利明 3, 河村幸彦 3, 大石一城 3, 熊田高之 2
1 山形大理, 2 日本原子力研究開発機構, 3 CROSS
中性子は X 線と比べ軽元素, 特に水素に対して大きな散乱能を持つことから、 ソフトマターの構造解析に有用である。 偏極中性子の水素核に対する
干渉性散乱長は特異的に核偏極度に強く依存する。 この性質を利用した構造解析手法がスピンコントラスト法[1, 2]である。 スピンコントラスト回折法は,水素核偏極度に応じて変化する回折ピーク強度から結晶中の水素位置を高感度で決定できると期待される。
磁気モーメントが小さい核を熱平衡下で偏極させることはほぼほぼ不可能である。 しかし、 動的核偏極 (DNP) と呼ばれる手法により、 数十%の核偏極度が実現する。 本手法は、試料に不対電子を持つフリーラジカルを添加し、熱平衡状態で実現する不対電子の高偏極度をマイクロ波共鳴により、 原子
核偏極度に移す手法である。 DNP 法はフリーラジカルが均一分散する非晶試料に対してのみ有効であるとされ、 スピンコントラスト回折法の実現は不可能とされていた。 筆者はフリーラジカルを溶解した非結晶溶媒に微粒子化した結晶試料を含浸させることで、 結晶試料の核偏極を可能とする技術を開発した[3]。
開発した結晶試料の偏極技術を用い、 スピンコントラスト回折法の実現を目指している。 粉末グルタミン酸に DNP による水素核偏極を施し、 J-PARC
MLF BL15 で偏極中性子回折実験を行った。 水素核偏極度に応じて最大数倍程度に散乱強度が変化することを確認した。 得られた散乱ピークの変化は数値計算で予想されるものと一致し、 スピンコントラスト回折法の原理実証に成功した。 本講演ではこの結果を中心に報告する。

[1] W. Knop, et al., J. Appl. Crystallogr. , 22, 1989, 352.
[2] T. Kumada et al., J. Appl. Crystallogr. , 52, 2019, 1054.
[3] D.Miura et al., PTEP, 2019, Issue 3.

P1-077L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞

MLF/S1
ミュオンによるセリンプロテアーゼ加水分解反応の追跡
Study of serine protease hydrolysis by muon
小柳文哉 1、清谷多美子 2、新村信雄 3、田中伊知朗 3,4
1 茨城大工、2 昭和薬科大、3 茨城大フロンティア、4 茨城大院理工
セリンプロテアーゼタンパク質の加水分解反応について、触媒基トリオ
Ser195、His57、Asp102 の触媒機構において電子・プロトン移動が起きているとみられている。また、セリンプロテアーゼの阻害剤について、一例としてウシ
膵臓トリプシンインヒビター（BPTI）がある。これはトリプシンの活性部位領域に結合し、境界面が水素結合のネットワークでしっかりくっついた複合体をつくる。BPTI は触媒反応によって一度切断されるが、そこから離れていかず、トリ
プシンの持つ触媒機構の逆のプロセスをたどることで一度開裂された結合が再結合することが明らかにされている［1］。
µSR（ミュオンスピン回転）実験は、物質中で生じる内部磁場の大きさの測定を、ミュオンを利用しておこなっている。触媒機構による電子・プロトン移動、
すなわちそれらの電流から生じる磁場を観察するために、正ミュオンを用いたµSR 実験を用いた。
今回はトリプシンおよびキモトリプシンに、阻害剤として BPTI と同様の阻害様式を見せると考えられるリマ豆（lima bean）由来トリプシンインヒビター（LBTI）
を、モル比を 1：1 で混合し、純水に溶かしたものを凍結乾燥により脱水後、重量比で水分含量 20%に調整した粉末を試料とした。
まず酵素活性測定ではキモトリプシンに対して LBTI が阻害していることを確認した。
µSR 実験の条件は、トリプシン-LBTI 複合体およびキモトリプシン-LBTI 複合体の二つの試料に対して、種々の温度および LF・TF（磁場）の測定を
MLF/S1 で行った。解析は musrfit を使い、関数として主に指数関数を用いてfitting を行った。
実験により得られたデータを用いて比較検討を行い、水の影響をある程度確認することができた。

［1］K. Kawamura, et al., Acta Cryst. D67 (2011) 140-148.

P1-078L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
BL-5A

PcyA D105N-BV 中性子結晶構造解析に向けた研究
Research for PcyA D105N-BV Neutron Crystal Structure
Analysis
七澤諒太 1, 堀江和輝 1, 池田篤史 1, 萩原義徳 2, 杉島正一 3, 和田啓 4,福山恵一 5 海野昌喜 1
1 茨城大学, 2 久留米高専, 3 久留米大学, 4 宮崎大学, 5 大阪大学

フェレドキシン依存性ビリン還元酵素 PcyA はヘム分解産物であるビリベ
ルジン(BV)を出発物質として２段階の還元反応によりビリン色素の１つである
フィコシアノビリン(PCB)を生合成する反応を触媒する。この反応の特徴は
PcyA が基質 BV の異なる２つの部位を一定の順序で特異的に還元することである。我々は野生型(WT)PcyA-BV 複合体の中性子結晶構造解析により、BVの中心付近に存在する Asp105 がプロトン化、脱プロトン化した 2 つの状態が混在し、それぞれが別のコンホメーションをとっていることや BV とプロトン化した BVH＋が混在していることを見出した[1]。この BV の 2 つのプロトン化状態は以前より報告されていた PcyA-BV 複合体の吸収スペクトルとの相関関係と一致する結果であった[2]。また、Asp105Asn(D105N)変異体と BV の複合体の吸収スペクトルでは、WT では見られたピークが消滅している。本研究の目的は、
D105N-BV 複合体の中性子構造解析を行い、Asn105 と BV のプロトン化状態を明らかにし、吸収スペクトルとの相関関係を証明することである。
本研究室では PcyA D105N-BV 複合体の中性子構造解析を行ったが、分解能やデータの質が悪く、BV のプロトン化状態について決定することができなかった。そこでより高分解能の回折データを得るために再度結晶化を行った。
現段階では 1 辺が 2 mm を超える結晶が得られているが、再現性が悪く、形がいびつなものがほとんどである。そこで再現性が良く、良質な結晶を得るために PcyA D105N-BV 複合体の結晶化条件の最適化を試みている。
本シンポジウムでは PcyA D105N-BV 複合体の結晶化相図と大型結晶育成について報告する。

[1]Unno, M., et al., (2015)J.A.C.S., 137, 5455-5458[2]Hagiwara, Y., et al.,(2016)FEBS Lett., 590, 3425-3434

P1-079L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL5A、PF-BL17A

カルボニルストレスを伴う統合失調症におけるCRMP2 タンパク質の機能異常解析
Enhanced carbonyl stress induces irreversible
multimerization of CRMP2 in schizophrenia
pathogenesis
1*

2*

1

2§

1§

蒋 緒光 ・豊島 学 ・小川 覚之 ・吉川 武男 ・廣川 信隆
1 東京大学大学院医学系研究科 細胞生物・解剖学教室 2 理化学研究所脳神経科学研究センター 分子精神遺伝研究チーム ＊筆頭著者§責任著者
カルボニルストレスは生体内で反応性カルボニル化合物がタンパク質を非酵
素的に修飾し、終末糖化産物(Advanced Glycation End products： AGEs)の蓄積を促進する。近年およそ 2 割の統合失調症患者においてカルボニルストレ
スの亢進が報告され、カルボニルストレスの除去機構に関わる酵素 GLO1 遺伝子の変異が統合失調症患者で見つかっている。しかし、カルボニルストレス
がどのようなメカニズムで統合失調症に関わるのかは不明のままであった。
本研究は iPS 細胞を用いてカルボニルストレスの影響を分子レベルまで詳細に調べ、カルボニルストレスの分子病態を明らかにした。まず、カルボニルスト
レスを伴う統合失調症患者で変異が確認された GLO1 遺伝子に着目し、患者
由来 GLO1 変異 iPS 細胞と、GLO1 KO iPS 細胞を作製した。これらの iPS 細胞を用いてニューロスフィアや神経細胞を作製すると、GLO1 遺伝子の異常によりニューロスフィアの生育が悪く、神経細胞の突起伸長も低下し、カルボニ
ルストレスを軽減するピリドキサミン（ビタミン B6 の一種）により改善した。カルボニルストレスは細胞内のタンパク質にカルボニル化修飾（AGE 修飾）を起こすため、GLO1 KO iPS 細胞において強くカルボニル化修飾を受ける主要なタ
ンパク質を探索し、神経突起の伸長に関わる CRMP2 を同定した。さらに質量分析により iPS 細胞内の CRMP2 タンパク質の 60 箇所に及ぶカルボニル化修飾の位置を決定した。このカルボニル化修飾は CRMP2 の (1) 表面電荷を大きく変化させること、(2)複合体形成に重要な部位 D フック（2 量体化に重要な部位）・Ｔサイト（4 量体化に重要な部位）に密集し、カルボニル化 CRMP2 では微小管との結合や微小管を束ねる活性が失われていた。このカルボニル化
CRMP2 複合体の構造を X 線結晶解析によって詳細に調べると、AGE 修飾によって CRMP2 複合体内部で不可逆的に架橋が形成されており、CRMP2 のダ
イナミックな動きの喪失が示唆された。サイズ排除クロマトグラフィーによってCRMP2 複合体のサイズを解析すると、修飾のない CRMP2 が 4 量体を形成するのに対し、カルボニル化 CRMP2 は大きな不可逆的多量体を示した。この多量体は GLO1 KO iPS 細胞においても検出され、更にピリドキサミン添加により多量体が軽減した。これらの結果から、カルボニルストレスを伴う統合失調症の患者細胞内では、カルボニル化修飾を強く受けた CRMP2 が不可逆的に多量体化して微小管の束化機能が失われ、神経の形態形成を正常に行えないという分子病態が明らかとなった。この成果は統合失調症治療薬の創薬ター
ゲットやカルボニルストレス阻害薬の開発の基盤となる。
Carbonyl stress, a subtype of oxidative stress, is an abnormal metabolic state
resulting from either an accumulation of reactive carbonyl compounds (RCOs) or
diminished detoxification of RCOs. The accumulation of RCOs results innonenzymatic modifications of protein and production of advanced glycation end
products (AGEs). It has been recently reported that about 20% schizophrenia patients
exhibit enhanced carbonyl stress and dysfunctional mutations of GLO1, a glyoxalasethat plays an enzymatically central role in the removal of AGEs, have been found inschizophrenia patients. However, its casual effects and the underlying mechanism
remain elusive. Therefore, we set out to analyze iPS cells with GLO1 disruption as acellular model to uncover the missing link between enhanced carbonyl stress and thedevelopment of schizophrenia. To this end, we analyzed the effects of hyper-carbonyl(AGE) modification in iPS cells from a schizophrenia patient through multiple
biological approaches.
We first constructed patient-derived iPS cells with GLO1 mutation and GLO1
knockout iPS cells and found that the GLO1-deficient iPS cells exhibited significant
cellular and developmental deficits, which can be rescued by treatment ofpyridoxamine, one type of vitamine B6 that is able to relieve carbonyl stress. Besides,
CRMP2 that is related to neurite outgrowth was identified to be the major target ofcarbonylation (AGE modification) and about 60 AGE modification sites of
iPS-derived CRMP2 were subsequently determined using LC/MS technique. The
AGE-sites were found to distributed on both the conventional functional domains andthe two self-assembly sites (D-hook for dimerization and T-site for tetramerization)and lead to significant change of protein surface charges, suggesting that it may
influence the function of CRMP2.
Next, we investigated how AGE-modifications affect the MT-associating activities of
CRMP2 using TIRF microscopy and other biochemical assays. As a result,AGE-modified CRMP2 was found to lose MT-binding and MT-bundling activities invitro. Consistently, reductions of MT bundles and MT stability were observed in
GLO1 KO iPS cells that is under enhanced carbonyl stress. Moreover, the crystal
structure of carbonylated CRMP2 was determined using X-ray crystallography, andthe structures indicated that AGE modifications probably lead to generation ofirreversible intramolecular and intermolecular crosslinks among CRMP2 molecules. It
was further revealed by Highres-SEC assays that AGE-modified CRMP2 tends toirreversibly form large multimers that blocks the normal conformational transition
dynamic. Overall, this study elaborated the molecular pathogenesis of schizophrenia
under carbonyl stress and pointed to inhibition and clearance of carbonylation of
CRMP2 as potential therapeutic target for schizophrenia.

P1-080L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
BL17A

オフライン観察系を用いた in-situ データ測定の半自動化
Semi-automated in situ data collection with an offline
observation system
菅原隆広 1,2、山田悠介 2,3、田辺幹雄 2,3、加藤龍一 2,3、千田俊哉 2,3
１．東京電機大学大学院工学研究科 ２．KEK・IMSS・構造生物学研究センタ
ー ３．総合研究大学院大学高エネルギー加速器科学研究科
X 線結晶構造解析はタンパク質の 3 次元構造を原子レベルで解析することができる手法のひとつであり、構造生物学において重要な解析方法である。X
線結晶構造解析では結晶からの X 線回折強度データを収集する必要があるが、この際は次の手順で示されるようなクライオ測定を行うことが一般的である。(1)結晶化プレート内でタンパク質の結晶化、(2)結晶化プレートからの単一の結晶の取り出しと液体窒素を用いた凍結、(3)凍結した結晶の X 線回折計へのマウントと、低温冷却下での必要角度分の X 線回折強度収集、(4)位相決定、
電子密度図計算と分子モデル構築。この手順においてはいくつかの課題がある。まず(2)の結晶の取り出しによる物理的接触と凍結により結晶性が変化し、得られる回折像に影響を与えるおそれがある。加えて、膜タンパク質の LCP法による結晶化など結晶の取り出しが困難な結晶化法もあるため、その場合測定が困難となってしまう。また、結晶を一つずつ回折計にセットしていくため、大量の結晶の結晶性を調査したい場合には大きな律速となる。そこで、我々はこれらの課題を解消するため、結晶をプレートから取り出さずに X 線照射実験を行う手法（in-situ データ測定）を開発している。現在開発中の in-situ デー
タ測定では、室温状態で結晶化プレートを専用の X 線回折計に設置し X 線照射を行うが、この際、プレート内の X 線を照射したい位置を選択しておくことで、異なる複数の位置への X 線照射を連続で行うことができる。そして、この照射位置の選択をビームラインに併設するインキュベータ内のオフライン観察系で予め行うことで、X 線回折計にプレートを設置すればすぐに X 線照射を自動で行うことができるシステムを開発した。また、in-situ データ測定ではプレートからの X 線散乱による回折像バックグラウンドノイズの増加や、複数の結晶からのデータをマージして処理しなければならない等の解決すべき課題があるため、in-situ データ測定で構造解析に耐えうるデータが取得できるか検証する必要がある。そこで、複数のタンパク質について X 線照射実験を行い、得られたデータの処理結果について検討した。

P1-081L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-AR NW12A,BL5A; MLF-BL3

リゾチーム反応機構の再解明に向けて
Towards to re-elucidation of lysozyme reaction
mechanism西野宮良太 1,斎藤るりあ 2,田中伊知朗 1,3
1 茨城大院理工,2 茨城大工,3 茨城大フロンティアセンター

リゾチームは細菌の細胞壁ペプチドグリカンの N-アセチルムラミ
ン酸と N-アセチルグルコサミン間のグリコシド結合を切断する酵素
で、50 年以上前に構造が決定されたものであり、これまで様々な触媒機構が提案されている。代表的な反応として、共有結合中間体を作成し反応が進む Koshland 機構という反応があるが、これはリゾチ
ームと共有結合を作りやすいリガンドで行った不自然な条件下での結果によるものである[1]。そこで本研究では、リゾチームの反応が生体内で進む際、より自然な系で観察するため、N-アセチルグルコ
サミンの 4 量体((NAG)4)と 3 量体((NAG3))を基質に用いた条件で、酵素反応に関係する水和水の位置情報や触媒基の水素結合等を,高分解能Ｘ線解析および中性子回折実験を計画した。
実験に用いたリゾチームは SIGMA-ALDRICH 社のニワトリ卵白リゾチームを使用し、糖は(NAG)4、(NAG)3 であり、購入したものをそのまま共結晶化した。X 線回折実験は、PF-AR NW12A、5A にて行い、温度は 100Kで測定した。中性子回折 BL-03 (iBIX)にて室温でのを用いたテスト測定を行った。
X 線解析では、(NAG)4,(NAG)3 それぞれ 1.07, 1.06Åと高分解能データ解析ができ、問題の触媒反応機構に関係する基質とアミノ酸との相互作用が、水素情報抜きで類推できた。中性子回折実験のテスト測定では(NAG)4 では目視による分解能が 1.86Å(500kW 出力)、(NAG)3 では 1.89Å(400kW 出力)の反射を確認でき、上記の水素結合情報を直接得られる可能性が確認できた。

[1]D.J.Vocadlo et al., Nature 412 (2001) 835

P1-082L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL10C、PF-BL17A、PF-BL1A

Endo-β-N -acetylglucosaminidase HS の立体構造解析
Structure analysis of
Endo-β-N -acetylglucosaminidase HS
大倉和貴 1,森真司 2,伊藤和央 2,米澤健人 3,清水伸隆 3,神谷信夫 1,宮原郁子 1(1 大阪市大院理・物質分子, 2 大阪市大院理・生物地球, 3KEK 物構研)
【背景】
タンパク質の表面に結合した糖鎖は細胞間の認識に関わっており、生体内に必須の高分子である。1993 年に伊藤らが見出した 、ヒト唾液中に存在する
Endo-β-N -acetylglucosaminidase(Endo HS)は、複合型糖鎖のみを特異的に遊離、あるいは水酸基をもった適当な化合物に転移するという機能を持つ[1]。
この特異的な糖鎖転移反応は、抗体などバイオ医薬品の合成への応用が期待される。Endo HS は、1009 アミノ酸残基からなるモノマーで機能することが分かっており、近年水銀イオンで可逆的に阻害されることが明らかになった。しかし、PDB には本酵素とアミノ酸相同性が高い構造は存在しておらず、立体構造に関する知見がない。本研究では、Endo HS の立体構造を原子レベルで明らかにすることにより、水銀イオンによる不活性化機構や複合糖鎖の認識機構の解明を目指す。
【方法・結果】
N 末端の膜貫通領域を除いた Se-Met 置換体 Endo HS を大腸菌により大量発現し、SDS-PEGE で単一バンドになるまでカラムクロマトグラフィーを用いて精製を行った。この酵素を用いて SEC-MALS 実験を行った結果、溶液中ではモノマーで存在していることが明らかになった。また、SAXS 実験によって得られた散乱曲線の Kratky plot や溶液構造から、溶液中ではコンパクトな構造となっていることが明らかになった。塩化水銀を加えた実験では、水銀イオンの濃度依存的に凝集体を作るような構造変化が起こった。
結晶化は、ハンギングドロップ蒸気拡散法を用いて、スクリーニングを行った。様々な条件を検討したところ、緩衝剤に Bis-Tris、沈殿剤に硫酸アンモニ
ウムを用い、ミクロシーディングを行うことで、0.1ｘ0.1ｘ0.02 ｍｍ程度の板状の単結晶が再現性よく得られた。この結晶を用いて回折データを収集し、SAD 法
により位相を決定した。現在、2.6Å分解能で構造を精密化途中であるが、5-980 残基までモデルを構築できている。また、Endo HS の 5-680 残基までの構造は、同じ糖質加水分解酵素ファミリー85 に属する Endo A（2-615 残基）の構造とよく似ていることが判明した。
［1］Ito K.., et al., J Biol Chem ,(1993). 268, 16074-16081

P1-083L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL5A

Aspergillus sojae α-グルコシダーゼの結晶化と構造解析
Crystallization and structure determination of
α-glucosidase from Aspergillus sojae
大八木彩子 1、堤賢太 1、西河淳 1、松本雄治 2、
安武望 2、殿塚隆史 1
1 東京農工大学大学院農学府応用生命化学専攻、
2 昭和産業㈱基盤技術研究所
オリゴ糖は整腸作用や免疫力向上など様々な機能が報告されており、オリゴ糖製造酵素の取得・解析が嘱望されている。Aspergillus sojae 由来の糖質
加水分解酵素ファミリー31（GH31）に属するα-グルコシダーゼ（AsojAgdL）は、高い糖転移活性を持ち、α-1,6-グルコシド結合を有するオリゴ糖を生成させる性質を示す。AsojAgdL は成熟の過程でプロテアーゼによるプロセシングを受け、約 100 アミノ酸残基が切り出され、二つのポリペプチドから成る複合体として機能することが判明している。本研究では、AsojAgdL の構造機能相関を解明する目的で、結晶化および構造解析を行った。
AsojAgdL は、Pichia pastoris を宿主とした発現系にて His-tag 融合タンパク質として発現させ、アフィニティークロマトグラフィーによる精製を行った。マル
トースを基質とし活性を測定したところ、グルコースを遊離する活性があることが分かった。SDS-PAGE の結果、二本のバンドが得られたことから、A. sojaeで発現する時と同様のプロセシングを受けると考えられた。Ni-NTA カラムを用いたアフィニティークロマトグラフィーで精製し、Endo Hf によって糖鎖を切断した後、結晶化した。
X 線回折データを収集し、構造解析を行った。空間群は P21 で、結晶学的非対称単位中に 4 つの AsojAgdL が存在した。構造はテンサイα-グルコシダー
ゼ（PDB 3W37）を鋳型とした分子置換法で決定した。しかしながら、プロテアー
ゼによるプロセシングを受ける付近および C 末端側の構造は不明瞭であった。

P1-084L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
X06SA in SLS

タンパク質脱イミノ化酵素 PAD3 の
基質認識機構解明に向けた研究
Research for elucidation of substrate recognition
mechanism of protein arginine deiminase PAD3
沢田瑞季 1、舟橋一真 2、大和田哲也 2、高原英成 3,4、海野昌喜 2,4
1 茨城大工、2 茨城大院理工、3 茨城大農、4 茨城大フロンティア
タンパク質脱イミノ化酵素（PAD）は、Ca2+依存的に、タンパク質中のアルギ
ニン残基をシトルリン残基に変換する反応を触媒する酵素の総称である。
PAD には 5 つのアイソザイムがあり、その中でも PAD のⅢ型アイソザイムである PAD3 に着目して研究を行っている。PAD3 は PAD1、PAD2 と共に毛包に存在しているが、PAD1, PAD2 が基質 S100A3 の 4 つアルギニンをシトルリン
化するのに対し、PAD3 は Arg51 を選択的に認識しシトルリン化することが知られている。この反応は毛髪キューティクルの角化に関与することが示唆されており、この認識機構を解明することは毛髪角化の機構をより深く理解するために重要である。
発表者の所属する研究室では野生型 PAD3（WT）と Ca2+結合型 PAD3 と阻害剤結合型 PAD3 の X 線結晶構造が解明されている。しかし、それらの Ca2+結合部位が異なっており、Ca2+結合型 PAD3 が活性型になっていなかった。そこで、本研究では活性型 Ca2+結合 PAD3 の真の結晶構造の解明を試みた。
今までに得られていた Ca2+結合型 PAD3 の構造が不活性型であった原因として、結晶化した際の Ca2+濃度が生理状態よりも高すぎたため、構造変化を起こしたのではないかと考えた。そこで、本研究では Ca2+を結晶に後から組み込
むことにより、この問題を解決した。分解能 2.8Åの X 線回折強度データを得る
ことが出来た。その結果、本研究室で以前に得られた 2 つの Ca2+ 結合型
PAD3 構造の正誤を確認することが出来た。また、Ca2+濃度が高い場合、PADのⅣ型アイソザイムで自己シトルリン化することが報告されている[1]。このことも構造変化をもたらした一端であると考えられたので、PAD3 が Ca2+存在下で自己シトルリン化するかどうかも検証した。PAD3WT、PAD3C646A、S100A3をそれぞれシトルリン化させ、ウエスタンブロットを行い確認した。その結果、
PAD3 の自己シトルリン化が確認され、高濃度の Ca2+存在下での不活性型の構造は、自己シトルリン化を受けたアーティファクトであることが示唆された。

[1] F. Andrade, et al. 2010. Arthritis Rheum. 62(6). 1630–1640.

P1-085L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL5A、AR-NW12A、AR-NE3、

マウス IFNα の構造と受容体相互作用部位の探索
Search for mouse IFNα structure
and receptor interaction site
○渡邊 ほのか 1, 2、田中美葵 1, 2、和田 俊樹 3、海野 昌喜 1, 2
１茨城大院理工、2 茨城大 iFRC、3 金沢医科大免疫学
抗ウイルス免疫に関与する形質細胞様樹状細胞(pDC)の過剰反応によるインターフェロン(IFN)α の異常な分泌は、自己免疫疾患の増悪化に関与することが知られている。近年、pDC における IFNα 分泌に関わる分子としてSortilin が同定 1 され、pH に依存した二量体化がサイトカイン輸送活性において重要であることも明らかにされた 2。しかし、各種サイトカインを認識する機構の詳細に関しては依然として不明である。本研究では、IFNα とそのキャリア分子である Sortilin の相互作用様式をマウス由来 Sortilin-IFNα 複合体の X
線結晶構造解析よって原子レベルで解明することを目的としている。
まず、X 線結晶構造解析によって、未知であるマウス IFNα(mIFNα)の構造を決定した。mIFNα 遺伝子の発現・精製条件の確立後、ハンギングドロップ蒸
気拡散法による結晶化を行い、空間群 P412121、格子定数 a = b = 42.73 Å,
c = 180.71 Å (α, β, γ = 90°)、最高分解能 2.1 Åの回折データを得ることができた。位相はヒト IFNα の NMR 構造(PDB ID:1ITF)をモデルとした分子置換法により決定し、現在 R=19.4%、Rfree=22.0%である（精密化中）。得られた構造を基に、各種 IFNα との構造比較を行った。さらに、マウス由来 Sortilin とIFNα の共存下で結晶化条件を探索し、スクリーニングキットにより複数の条
件で結晶を得ることができた。
今後は、Sortilin-IFNα 複合体の結晶化条件や凍結法の最適化を進め、高分解能の X 線回折データ収集および構造解析を目指す。本発表では、複合体の X 線結晶構造解析による相互作用様式解明に向けてこれまで行った研究の成果を報告する。

左図：mIFNα 構造と電子密度、右図：Sortilin, IFNα 共存化で得られた結晶【参考文献】
1. Yabe-Wada T.et al., Sci.,Rep 6, 26566 (2016)
2. Yabe-Wada T., et al.,FEBS Lett 592, 2647–2657 (2018)

P1-086L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
使用ステーション／BL-5A, NE3A

デザインされたβシートモデルタンパク質の結晶構造から明らかにするアミロイドへの構造転移機構
Structural conversion mechanism toward amyloid
revealed by redesigned β-rich model protein
木谷美思、真壁幸樹
山形大学工学部バイオ科学工学科
神経変性疾患などの疾病との関連が指摘されているアミロイドは、蛋白質
やペプチドが天然構造から構造転換してβシートに富んだ線維へと自己組織化したものである。つまり、アミロイドの形成には、天然構造からの構造転換が重要なステップとなるが、その過程については測定方法の限界から詳細はわかっていない。
我々はこれまでにアミロイドの構造を可溶性蛋白質中に模倣したモデル蛋
白質の構築を行ってきた。本研究では、βターン再設計変異体の構造解析過程において偶然に見つかった、ドメインスワッピング二量体の分子構造とその形成過程から、アミロイド構造への構造転移について考察した知見を報告する。
最初に、モデル蛋白質中の単層βシート領域に存在するβターン/ヘアピン
領域をシンプルなβターンに改変した変異体を作製し、立体構造を決定した。
これらは設計通りの構造を有していた。さらに、この変異体のβストランドを短くしたところ、同じ結晶化条件下で異なる空間群に属する二種類の結晶が得られた。構造解析の結果、一方の結晶においては蛋白質分子がβシートを介したドメインスワッピングにより二量化しており、もう一方の結晶では設計通りの単量体として存在することが分かった。溶液中では単量体で存在していることから、結晶化で固体に転換される時にドメインスワッピングが起こっていることが示唆される。構造転換の詳細についてポスターにて議論する。

P1-087L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
KEK-PF/BL1A,5A,17A

加水分解酵素複合体に関する研究
Study of hydrolase complexes齊藤るりあ 田中伊知朗
茨城大工 茨城大院理工 茨城大フロンティア

タンパク質は生体機能を支える重要な成分であり、そのうちの一つである酵
素は生体内の反応である細胞代謝や情報伝達などの触媒作用を担っている。
また構造によって様々な機能を持つことができるタンパク質の働きを解明するために現在立体構造解析が進んでいるが明確な根拠は明らかになっていない。そこで本研究では生体内で血圧値の調整を行う酵素レニン、細胞壁の加水分解に関わる酵素リゾチームの二つの反応機構の不明点に関して明らかにすることを目的とする。
レニンは体内の水分やナトリウムのバランスを調整するとともに現代では高血圧症の原因であるレニン-アンジオテンシン系の初段階酵素で、アンジオテ
ンシノーゲンを加水分解する触媒作用を持つ。現在までに X 線解析は複数行われているが(例えば［1］など)、反応機構での水分子の位置や水素結合については解明されていない。そこで本研究ではレニンのまだ行われていない中
性子回折実験を行う事を目標とした。中性子解析を行う事で、本来の水分子の位置や結合様式を新たに確認することができるからである。今回は、レニン
タンパク質受託精製の申請準備のみであるが、現在までの研究をもとにレニ
ン－アンジオテンシン系について機構や本質について中性子解析の意義をまとめた。
リゾチームは細胞壁ペプチドグリカンを構成する多糖成分の N-アセチルム
ラミン酸と N-アセチルグルコサミンの間のグリコシド結合を加水分解する酵素である。現在提唱されている反応機構によれば加水分解された多糖がリゾチームから離れ新たな多糖の加水分解に進むはずであるが、先行研究では糖が反応後も存在し続けていることが確認されている。この疑問点の解明のた
め糖とリゾチームの複合体結晶を多糖の割合を変えた結晶化溶液でソーキングすることで反応後の糖の状態を確認した。
以上二種類の加水分解酵素の基質複合体の調査、リゾチームに関しては
X 線実験と解析を行った。

［1］J .Rahuel et al., Chem. Biol., 7(2000)493-504.

P1-088L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
KEK PF-BL1A, BL17A

Sphingobium sp. SYK-6 由来メチレンテトラヒドロ還元酵
素（MTHFR）の機能解析
Structural analysis of methylenetetrahydrofolate
reductase (MTHFR) from Sphingobium sp. SYK-6
于 宏洋 1,2、桑原直之 1、千田俊哉 1,2
1, KEK, IMSS, SBRC、2, SOKENDAI
メチレンテトラヒドロ葉酸(CH2-THF)及びメチルテトラヒドロ葉酸(CH3-THF)は
生体内で核酸とアミン酸の合成に必須な代謝物である。そのため、NAD(P)Hを利用し CH2-THF を CH3-THF に触媒するメチレンテトラヒドロ葉酸還元酵素(MTHFR) は 極 め て 重 要 な 役 割 を 果 た し て い る 。 し か し 細 胞 内 に お い て 、CH2-THF から CH3-THF へ代謝する MTHFR に対し、リグニン低分子を栄養源として生育する Sphingobium sp. SYK-6 株由来 MTHFR は異なる性質があると
報 告 さ れ た (E. Masai, et al, 2007) 。 具 体 的 に は 、 SYK-6 の 中 に お い て
S6MTHFR は CH3-THF から CH2-THF に非可逆的反応することが示唆された。
シークエンス上では一定な類似性があることにも関わらず、このような違いを生じさせたのは S6MTHFR の立体構造に原因があると推測し、構造生物学及び生化学的実験を通して S6MTHFR のユニークな触媒メカニズムを明らかにすることを試みた。
S6MTHFR を His-tag との融合タンパク質として E.coli で発現させ、Ni アフィ
ニティ、イオン交換、ゲル濾過カラムを用いて３段階精製を行った結果、最終的に 4L 培養から 50mg 以上の S6MTHFR を精製できた。S6MTHFR の結晶化に成功し、KEK Photon Factory BL-1A/17A にて回折データの収集を行い、
native-SAD により 1.5Å 分解能の native 構造及び、分子置換により 1.85Å 分
解能の基質(CH3-THF)複合体の構造解析に成功した。立体構造上で可逆的反応を行う E.coli MTHFR(1zp4)と重ね合わせした結果、S6MTHFR の活性中心には EcMTHFR にない、CH3-THF と相互作用しそうな残基 C219 を発見した。
さらに、S6MTHFR・CH3-THF 複合体と EcMTHFR・NADH (1zpq)複合体を重ね合わせした結果、C219 は一般的な MTHFR の基質である NADH の結合を阻害しているように見られた。また、C219A の酵素活性では、C219A の活性はWT より 2 倍増えた結果が得られた。しかし、CH2/CH3-THF との反応が律速になっている一般的な MTHFR と比べ、我々の初期データから S6MTHFR はNADH との反応が律速になっていることが示唆された。その原因は SYK-6 の独特な生育環境によるものと考えられ、より正確なデータを得るために現在酵
素活性の測定を行っている。

P2-055L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-AR NW12, PF-AR NE3A

シュウドアズリン Met16 変異体の精密構造解析
Accurate Structural Analyses of Met16 Pseudoazurin
Taborosi Attila、山口 峻英、森 聖治 、高妻 孝光
茨城大学
The effect of weak interactions at the second coordination sphere of protein
molecule were studied for Pseudoazurin (PAz) and its Met16X (X = Phe, Leu,
Val, Ile) variants by high resolution X-ray crystallography and computational
chemistry. The X-ray crystal structure analyses showed the active site
geometry were changed depending on the substituted amino acid of Met16X
PAz. The side chain of Met16Phe, Met16Leu, Met16Val and Met16Ile variants
were found within van der Waals distance from the copper coordinated His81
imidazole ring. The existence of S-π, π-π and CH-π interactions in thesecond coordination sphere were indicated. The combined X-ray andcomputational analyses identified the S-π/CH-π (Wild Type), face-to-face
or face-to-edge π-π (Met16Phe), double CH-π (Met16Leu) and single
CH-π (Met16Val and Met16Ile) interactions. The theoretically calculated
interaction energies for each noncovalent weak interaction were wellcorrelated with the previously reported spectroscopic and electrochemical
properties of Met16X PAz.

P2-056L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
BL-1A, BL-5A, BL-17A, AR-NW12A, AR-NE3A

PF タンパク質 X 線結晶構造解析ビームラインにおける自動解析パイプライン
Automated data analysis pipelines in PF
macromolecular crystallography beamlines
山田悠介 1,2、小祝孝太郎 1、篠田晃 1、松垣直宏 1,2、引田理英 1,2、千田俊哉 1,2
1
KEK-IMSS-SBRC/PF, 2 総研大高エネ
KEK 構造生物学研究センターでは、タンパク質 X 線結晶構造解析実験の自動化を進めている。特に X 線結晶構造解析ビームラインにおいては、回折データ収集の自動化を進めており、現在では 1 日あたり 200 個程度の試料について人の手を介することなく測定することが可能となっている。これにより、利用者は多量な回折データを簡便に得ることとなる。利用者はその後、解析を進めて構造モデルを得て、それを自身の研究へと活用することとなるが、この解析のステップが研究を進めるうえでの律速となってきている。そこで、回折データ収集後に得られたデータセットを自動で解析し、構造モデルまで出力するパイプラインの整備を進めている。
パイプラインは回折データから指数付け、強度積分を経て、回折強度デー
タを出力する過程(process)と、その回折強度データを用いて位相決定から構
造モデル構築、精密化を行う過程(analysis)とに分けられる。それぞれの過程
において、すでに様々な全自動解析ソフトウェアが開発されている。そこで、我々はこれまで開発を行ってきた実験データ管理システム PReMo に解析パイ
プライン制御機能を追加した。この機能では、様々な自動解析ソフトウェアをプラグインとして PReMo に登録し、さらに利用者毎にプラグインの実行やパラメータをカスタマイズすることが可能である。これにより利用者の研究内容に応じた解析ソフトウェアで自動解析を行うことが出来る。現在利用可能なプラグインを表 1 に示す。
表 1. PReMo で利用可能な自動解析ソフトウェア
解析過程
ソフトウェアProcess

AnalysisXDS
DIALS
XIA2（XDS, DIALS）
DIMPLE
COMPASSSHELXC/D/E

P2-057L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
BL-5A

アミロイド伸長端を模倣したモデル蛋白質によるβシート末端の分子構造の解析
The molecular structural analysis of a β-sheet edge
using an amyloid-mimicking protein○志賀翔多 1, 真壁幸樹 1
1 山形大・院理工・バイオ
アミロイド線維はアルツハイマー病を始めとする神経変性疾患の病変部位に見られる蛋白質凝集体である。アミロイドに特徴的なクロスβ構
造は、βストランドが線維の伸長方向に対して直角に繰り返し並んだ構造を持つ。アミロイド線維の成長はこのβシート末端でのペプチド・蛋
白質分子の会合により進行する。そのため、βシート末端の分子レベルでの構造評価は、アミロイド線維の形成メカニズムの解明に加え、アミ
ロイド形成阻害薬や検出試薬の合理的設計にも繋がるだろう。しかし、
βシート末端は他分子のβシート末端と会合しやすいため、溶媒に露出したβシート末端の構造評価は困難である。
この課題を乗り越えるため、本研究では、我々が以前に構築したクロスβ構造を模倣したモデル蛋白質を改変し、溶媒に露出したβシート末端の構造をモデル蛋白質中に設計した。この設計した蛋白質はβシートの末端が露出しているにもかかわらず、単量体として安定に調製することができた。X 線結晶構造解析によって決定した構造から、非対称単位中に 4 分子が存在しており、これらの分子の比較から末端のβストランド
領域において電子密度の明確さに違いがあることがわかった。これは末端のβストランドの構造揺らぎに起因していると考えられる。分子動力学計算の結果と合わせて、詳細をポスターにて議論する。

P2-058L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-1A、PF-5A, PF-17A, PFAR-NE3A, PFAR-NW12

KEK におけるタンパク質 X 線結晶構造解析用全自動測定シ
ステムの現状と高度化
Resent status of fully-automated measurement for
X-ray crystallography at KEK
篠田 晃 1，山田 悠介 1，平木 雅彦 2，松垣 直宏 1，千田 俊哉 1
１ KEK-物構研、２ KEK-素核研結晶が出たその週のうちに測定を行えると結晶化と最適化のサイクル
をテンポよく回して研究出来る．KEK では 2018 年 5-6 月期から，全自動測定ビームタイムを開始した．このビームタイムは G，P，T 型課
題を対象に，利用者がビームタイムの 4 日前までに利用申請を行い，ビームタイム当日までに試料を PF に送付することで，ビームラインスタ
ッフが全自動測定システムによってデータ測定を行うものである．
全自動測定システムでは PAM による自動結晶交換，自動センタリン
グ，そしてデータ測定を行う．自動センタリングはユーザーの持ち込む様々な種類のループや霜などの影響に左右されない様にループ形状を 3
次元的に認識してロバストにループを検出する高速なアルゴリズムを開発し運用している．本アルゴリズムは Nylon loop や Litholoop のみならずユーザーの独自開発したループ(Hokudai loop)も特別な調整を必要とせず自動認識する．更に認識したループ全体に X 線を用いたグリッドス
キャンを行い，反射のあるセルの重心位置にセンタリングする事で結晶の中心位置でデータ測定し確実な自動測定を実現している．
本システムを用いて 2019 年 12 月までに 9,000 を超えるサンプルのセ
ンタリング及び測定を行っており利用ユーザー数も拡大してきている.

図 1 全自動測定ビームタイムの流れP2-059L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF BL-17A, SLS X06SAMR Native-SAD による 3.7Å低分解能回折データの構造決定
Structural determination of 3.7Å low resolution data set by
MR Native-SAD
小林淳、千田美紀、千田俊哉、加藤龍一
KEK・物構研・構造生物学研究センター
MR Native-SAD は、分子置換法により得られた初期位相と、タンパク質の構
成原子である硫黄原子からの異常分散シグナルの両方を利用した位相決定法である。本方法は (1) 位相決定のための重原子置換体を調製する必要が無い、(2) 分子置換法単独利用の際に見られる精密化時のモデルバイアスを解消できる、という重要な利点を有している。PF では BL-1A を Native-SAD デ
ータ収集用に特化させた開発を行っており、BL-17A においても当該データ収集が可能である。
我々は創薬等先端技術支援基盤プラットフォーム (BINDS) を経由して依頼されたサンプルについて、その立体構造決定を進めている。結晶化が困難であったそのサンプルについて、精製方法を改良し、結晶化ロボットにより約800 の結晶化条件を迅速に探索して結晶を得た。次いで結晶化条件と凍結条
件を最適化することにより、全く X 線回折が見られなかった結晶を 3.2Å分解能のデータが収集できるまでに改善させた。本データは PHASER により初期位相を決定できたが (TFZ = 25.2)、やはりモデルバイアスにより構造を決定することができなかった (Rwork/Rfree = 0.3977/0.4726)。
そこで空間群 P43212、c 軸約 370Å、約 1600 アミノ酸残基・72 硫黄原子/ASUの本サンプル結晶について、BL-17A で波長 1.9Åで 16 個の Native-SAD データセットを収集した。それらを CCP4 の BLEND により 15 個のグループに分け、逐次 CRANK2 により MR Native-SAD を行った。その結果、16 個全て、11個、2 個のデータをマージしたグループで良好なモデルが得られ、精密化とCRANK2 を繰り返すことで 3.7Å分解能の構造が決定できた (Rwork/Rfree =0.2548/0.2996)。現在、その後取得した 3.1Å分解能データセットの精密化を行っている。

P2-060L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF BL-1A

BL-1A における Native SAD 構造決定の進展
Progress of the structure determination by native
SAD phasing at BL-1A
松垣直宏 1、山田悠介 1、引田理英 1、原田彩佳 1、
平木雅彦 2、千田美紀 1、千田俊哉 1
1
KEK 構造生物学研究センター、2KEK 機械工作センター
Native SAD（Single Anomalous Dispersion）法は、試料中のタンパク質にもともと含まれているイオウなど軽原子の異常分散シグナルを利用して位相決定を行う結晶構造解析の手法である。新規タンパク質の構造決定で必要となる結晶への重原子導入が不要となるため、構造解析の簡略化、迅速化が期待できる。しかし、軽原子から大きな異常散乱シグナルを得られる低エネルギーX
線領域でのタンパク質結晶回折実験には、X 線の吸収をはじめとした困難があり、native SAD 法の利用は制限を受けてきた。
PF BL-1A では、高輝度低エネルギー（3.7 - 4.6 keV ）X 線とヘリウム環境を利用した高精度回折データ測定が日常的に可能となっている。さらに、深紫外レーザーアブレーションを利用した試料加工技術を導入した。加工装置は理研播磨で開発された後 PF－AR 北西棟に設置され、整備と高度化を行っている。この技術により、結晶周辺の溶媒部分を除去、あるいは結晶自身を球状に加工し、X 線吸収に起因する系統誤差の小さい回折データを得ることが可能となる。また、ほぼすべてのタンパク質結晶試料に適用できる一般的な技術であることも大きな特徴である。ビームラインでの理想的な測定環境と試料の最適化処理を組み合わせることで、より広範な、そしてより困難なタンパ
ク質結晶に対して native SAD 構造決定の可能性が広がる。ビームラインや加工装置の現状、ユーザー利用環境、および構造解析例について発表する。

P2-061L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL1A, BL5A, BL17A; PF-AR-NE3A, NE12A

サナギタケ由来糖鎖切断酵素の結晶構造解析
Crystallography of endoglycosidasefrom Cordyceps militaris
関陽香 1、黄一博 2、荒川孝俊 1,3、山田千早 1,3、木下崇司 4、岩本将吾 4、
樋口裕次郎 2、竹川薫 2、○伏信進矢 1,3
1 東京大学大学院農学生命科学研究科、2 九州大学大学院農学研究院、3 東京大学微生物科学イノベーション連携研究機構、4 株式会社伏見製薬所

N-結合型糖鎖はタンパク質の Asn（アスパラギン）残基に結合した糖鎖であり、哺乳動物においてはしばしばそのコア部分にフコースが結合している。エンド-β-N-アセチルグルコサミニダーゼ(ENGase)はコア部分のキトビオース(GlcNAc-β1,4-GlcNAc)の結合を切断して N-結合型糖鎖の大部分を遊離する酵素である。ENGase は糖鎖を切り離すだけでなく、糖転移活性を付与した変異体と活性化した修飾糖鎖を用いることにより高い収率で糖鎖を「すげかえる」ことができるため、抗体などの糖タンパク質の糖鎖を均一化することができるため注目されている。我々は冬虫夏草の１種であるサナギタケ(Cordyceps
militaris)より得られたコアフコース特異的な ENGase(Endo-CoM)の結晶構造解析を行った。PF および PF-AR の構造生物学ビームラインを利用して、アポ状態（分解能 1.75 Å）、フコース(Fuc)結合状態（分解能 1.80 Å）、Fuc-GlcNAc
結合状態（分解能 2.10 Å）、Fuc-GlcNAc-Asn 結合状態（分解能 2.35 Å）の立体構造を決定することに成功した（図参照）。その結果、Endo-CoM がコアフコースを特異的に認識して切断する分子機構の詳細が明らかになった。近年、多数の抗体医薬（バイオ医薬品）が承認されているが、それらの大部分の糖鎖がコアフコース化されていることが分かっている。ENGase により糖鎖が均一化された抗体は機能向上することが認められているため、本研究により明らかになった ENGase のコアフコース認識機
構は、バイオ医薬品の品質管理に向けた、今後のタンパク質工学による機能向上の基盤になると期待される。
文献： H. Seki, Y. Huang, T. Arakawa, C. Yamada, T. Kinoshita, S. Iwamoto, Y.
Higuchi, K. Takegawa, and Fushinobu S. Structural basis for the specificcleavage of core-fucosylated N-glycans by endo-β-N-acetylglucosaminidasefrom the fungus Cordyceps militaris. J. Biol. Chem. 294, 17143-17154, 2019.

P2-062L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
KEK-PF/BL1A, 17A, 5A

X 線マイクロビームによる大型タンパク質単結晶の品質評価の考察
Consideration of quality evaluation of large protein single
crystal by X-ray microbeam
新井隆介 1、田中伊知朗 1,2
1 茨城大院理工、2 茨城大フロンティア【緒言】
タンパク質単結晶構造解析のために収集した X 線回折実験のデータの質
は実験条件（ビーム強度、径、照射時間）と結晶品質に依存し、主に前者の影響が大きいといわれている。しかし、測定を行う結晶は 1 つ 1 つ結晶性や照射体積が異なるため後者の影響も大きいのではと考えた。そこで本研究では大型タンパク質結晶に対して径の小さいマイクロビームを用い、場所依存による結晶品質の差の観察を行うことで得られるデータにどの程度影響を与えるのかの考察を目的とした。
また、結晶品質を評価する際に分解能とモザイシティに注目することが多い。
しかしこれら以外にも Wilson B といった様々なパラメーターからも評価することが可能である。そこで場所依存による結晶品質を観察すると共に、実験条件を変化させることで各パラメーターの相関の考察も行った。
【実験】
本実験では標準タンパク質であり、比較的容易に結晶を得られるという点
から Lysozyme, Glucose Isomerase, Thaumatin の 3 種を用いた。1 つの結晶に対して複数個所ビームを照射、またビームの強度を変化させデータを収集した。そのデータから結晶内の場所依存による品質の差、分解能やモザイシテ
ィ、Wilson B といったパラメーターの相関を考察した。
【結果・考察】昨年の研究では、分解能、Wilson B に注目し、結晶内での場所依存による品質に大きな差は確認できなかった[1]。ポスターでは場所依存について分解
能、Wilson B 以外のパラメーターを用いてより多方面から考察すると共に、各パラメーターの相関においての考察を報告する。

[1]新井隆介, 第 36 回 PF シンポジウムポスター(2018)

P2-063L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
μSR in Biologyの展望

Prospective onμSR in Biology
新村信雄 1、清谷多美子 2、田中伊知朗３
1
茨城大フロンティア、 2 昭和薬科大、３茨城大院理工
１）原子レベルでの生化学反応（酵素反応、光駆動生化学反応等）のエッセン
スはミリ〜マイクロ秒でのプロトン及び電子移動である。これを観測する
従来の方法としては（X 線や中性子）回折実験法があるが、得られる結果
は時間空間の平均構造である。
２）一方、正ミューオンは生体活性部位近傍に停まり、プロトン及び電子移動により生成される内部磁場を観測するので、μSR 実験法は実空間実時間の構造を直接観測出来る素晴らしい特徴を有する。
３）しかし、生化学反応（酵素反応、光駆動生化学反応等）は試料系で無秩序に生じているので、μSR in Biology に関する実験を J-PARC μ−on 施設で実施しようとすると、入射μ−on と生化学反応を同期させないと、効率が非常に悪い。
４）しかし、μSR in Biology に関する実験を J-PARC μ−on 施設で実施しようとすると、克服せねばならない課題がある。
i) 生化学反応（酵素反応、光駆動生化学反応等）は試料系で無秩序に生じているので、入射μ−on と生化学反応を同期させないと効率が非常に悪い。
ii)生体系では生化学反応により生ずる以外に内部磁場が沢山生じている。
例えば、水素原子核磁気モーメント、共役二重結合、電気双極子等々で、これらの評価は必須である。
５）以上を一つずつ解決することで、μSR in Biology でしかえられない、生化
学反応におけるプロトン及び電子移動の直接観測が可能となる。

P2-064L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
KEK-PF/BL1A, 17A, 5A

大型タンパク質単結晶の高圧凍結成功率向上に向けて
Improving the successful high-pressure cooling ofprotein large single crystals
青木晃次 1・田中伊知朗 2,3
茨城大院理工 1・茨城大工 2・茨城大フロンティアセンター3
X 線回折測定では放射線損傷を防ぐために極低温での測定が一般的である。
凍結する際に重要となるのは水をアモルファス状に凍らせ、氷晶からの散乱を防ぐことである。その際に必要な要件は小型結晶、瞬間凍結、溶液の粘度が高いことである。通常クライオプロテクタントを用いて常圧下で瞬間凍結を行うが、クライオプロテクタントの添加によって結晶性が損なわれてしまうこと
や、クライオプロテクタント自身が基質と競合する場合もあり[2]、適当なクライ
オプロテクタントの探索は時間と労力を要する。そこで本研究では水の粘度が上昇する 200MPa での高圧凍結をすることで、クライオプロテクタントフリーまたは低濃度での凍結を試行している[3]。高圧凍結では結晶内の水は高密度
アモルファス氷（ＨＤＡ）となり、常圧凍結でできる低密度アモルファス氷（ＬＤＡ）よりも密度が高く分子あたりの体積が小さいため体積膨張がなく、結晶へのダメージが少なくなる。この手法の改良としてはクライオループやクライオピ
ン、ステージへの固定法を改良した。改良の結果、高圧凍結実験の成功率が上がり、一辺が 1mm 程度の比較的大きな Lysozｙme と Glucose isomerase
結晶を高圧凍結し、X 線回折実験まで成功することができた。今後、X 線回折測定したタンパク質の構造解析をし、常圧凍結との構造比較をしていく予定である。

[1] 東浦彰史ら 日本結晶学会平成 30 年度年会ポスター(2018)[2] I. Tanaka., et al., Acta Cryst. D 74 (2018) 787[3] Kim. et al., Acta Cryst. (2005). D61, 881–890

P2-065L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞

DNA 酸化損傷修復酵素 hOGG1 の中性子結晶構造解析に向けた結晶の大型化
Crystal growth for neutron crystal structure analysis
of human 8-oxoguanine glycosylase 1
石井利樹 1 , 小室智稀 2 , 服部良一 3 , 田中好幸 3 , 海野昌喜 1,2,4
1 茨城大学工学部, 2 茨城大学院理工学研究科, 3 徳島文理大学薬学部,
4 茨城大学フロンティア応用原子科学研究センター
ヒト 8-oxoguanine glycosylase 1（hOGG1）は酸化損傷塩基である
8-oxoguanine （8-oxoG）を除去・修復する酵素である。hOGG1 は 8-oxoG の脱塩基反応（グリコシラーゼ反応）と、脱塩基部位の DNA 鎖切断反応（βリアーゼ反応）の２つの反応を触媒する。これまでに、hOGG1 の触媒残基としてLys 249 と Asp 268 が同定されている。Lys 249 は基質との共有結合中間体の構造の観測から、βリアーゼ反応の触媒残基であることが示されている［1］。
近年、Asp 268 がグリコシラーゼ反応の触媒残基であることを見出したが、Asp 268 の触媒機構における役割は未知である［2］。これらの機能を明らかにするためには、Lys 249 と Asp 268 のプロトン化状態や周辺の水との相互作
用を水素原子レベルで解明することが必須である。
そこで本研究では、hOGG1 の大型結晶を作製し、中性子結晶構造解析を行い、Asp 268 の触媒機構上の役割を解明することを目的とする。
hOGG1 は結晶が最大でもまだ 1 mm3 程度であるが、比較的安定した柱状結晶であるため、容量の増加など様々な方法で結晶の大型化を図り、中性子回折実験を行うことを目標に研究を進めている。
中でも、タンパク質の濃度を変えていきながら結晶化を行った結果、タンパ
ク質の濃度が上昇するにつれて、少ない容量でも結晶のサイズが大きく、比較的安定した柱状結晶が出来ることが分かった。今後も最適条件を探索し、容量の増加や seeding 法などを用いることで、さらなる大型化を図り、中性子
結晶構造解析を行っていきたい。
本シンポジウムでは、中性子構造解析に向けた結晶の大型化で用いた方法と結晶化の結果について報告する。
［1］Verdine et al., Nat. Struct. Biol. 2003, 10, 204［2］Nucleic Acids Res. 2017, 45, 5231

P2-066L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-AR NW12A, NE3A

シュウドアズリンの構造安定性と CH-π 相互作用の効果
Effect of CH-π Interaction on Stability of
Pseudoazurin, Met16Leu Variant
赤津 美結、山口 峻英、高妻 孝光
茨城大学
シュウドアズリン(PAz)は、システインチオラート S-(Cys78)から銅イオンへの電荷移動に由来する特徴的な吸収帯を 600nm 付近に有するブルー銅タンパ
ク質であり、脱窒菌において亜硝酸還元酵素と亜酸化窒素還元酵素への電子供与体として機能する。PAz の活性中心は、銅イオンに His40, Cys78, His81,
Met86 が配位した歪んだ四面体構造をとっている。PAz の活性中心近傍には配位に関与しない Met16 が存在しており、His81 との S-π 相互作用を通してタンパク質の構造安定性に寄与することが報告されている[1]。さらに近年、シュウドアズリンの精密 X 線構造解析および量子化学計算によって、Met16Lue
変異体の Leu16 と His81 の間に CH-π 相互作用が確かめられた[2]。本研究では、エレクトロスプレーイオン化質量分析(ESI-MS)を用いて Met16Leu 変異体の構造安定性を調べ、第二配位圏における CH-π 相互作用の効果を明らかにした。

1. T. Yamaguchi et al., Protein Sci. 2017, 26, 1921-1931.
2. T. Yamaguchi et al., unpublished results

P2-067L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL1A、PF-BL5A、PF-BL17A、PFAR-NW12A、PFAR-NE3A

迅速に結晶構造を得るための戦略
A comprehensive strategy for efficient crystal
structure determination
千田美紀、千田俊哉
高エネ機構・物構研・構造生物学研究センター
我々のグループでは、BINDS プロジェクトをはじめとする共同研究を通じて様々なタンパク質の結晶構造解析を進めている。X 線結晶構造解析のメリット
は迅速に高分解能の構造が決定できる点であるが、そのメリットを最大限に活かすためには迅速に良質な結晶や回折データを得ることが必要である。本
発表では、結晶化スクリーニング、結晶化条件やクライオ条件の最適化、X 線
回折データ収集で行っている工夫や共同研究者との協力体制作りについて、最近の成功例を示しながら紹介したい。
結晶化スクリーニングは、我々の研究室の結晶化ロボットを用いて数百種類の条件について行うが、観察には膨大な時間がかかるため、VPN 接続を通して外部の共同研究者に行っていただいている。いくつかの条件で結晶が得られた場合には、形や大きさに捉われず X 線を当て回折イメージを確認し、出来るだけ良い性質のものを選択する。結晶の性質が見た目に依存しないことが経験的にわかっているためである。
次に、結晶化条件の最適化を行い、再現性良く結晶が得られる条件を探索する。クライオ条件の最適化や化合物へのソーキング実験を行うためには多くの結晶が必要となるため、結晶化の再現性は実験を円滑に進める上で非常に重要である。最も一般的なクライオプロテクタントであるグリセロールを用いて目標とする分解能までの回折が得られない場合には 10 種類程度のクライ
オプロテクタントから各々のタンパク質結晶に最適なものを探索することにしているが、それによりほとんどの場合で分解能を改善することができた(1, 2)。また、分子置換法で部分構造が決定できる場合には、MR 法と native SAD 法を組み合わせた MR-native SAD 法が迅速な構造決定に有効であった。
References
1. M. Senda & T. Senda (2016) Screening of cryoprotectants and the multistep
soaking method. Advanced methods in Structural Biology. Springer,
pp.139–152.
2. M. Senda et al., Use of multiple cryoprotectants to improve diffraction
quality for protein crystals. (2016) Crystal growth & Design 16, 1565–1571.

P2-068L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
AR-NW12A

C11orf95-RelA の精製と X 線結晶構造解析
Purification and X-ray crystal structural analysis of
C11orf95-RelA
大盛隼人、星野忠次
千葉大院薬【目的】RelA は NF-κB ファミリーの一つで、転写制御に関係する因子である。
RelA(p65)は p50 とヘテロダイマーを形成して、さらに IκBαが結合することで不活化状態が保たれている。しかし、一部のがん細胞では、RelA 遺伝子の上流にコードされた C11orf95 という遺伝子と融合した RelA タンパク質が産生される。この融合タンパク質は NF-κB 経路を異常に活性化させることが明らかになっており、上衣腫という特に小児に多く発症するがんでは、その原因の一つになるとされている。今回、この融合タンパク質の構造を解明するため、タン
パク質の発現、精製を行った。さらに結晶化をして、X 線結晶構造解析を行った。
【方法】C11orf95-RelA 融合体をコードする DNA プラスミドをシャペロンプラス
ミドを導入してある大腸菌に導入し、オートインダクションで培養することでタン
パク質をシャペロンと共発現させた。次に発現した融合タンパク質を超音波破砕により抽出し、His タグを用いたアフィニティークロマトグラフィーにより精製した。さらに結晶を作出し、X 線回折データを取得し、構造の解析を行った。
【結果・考察】目的の C11orf95-RelA 融合タンパク質のみで発現を試みたとこ
ろ、大腸菌は封入体を形成し、目的タンパク質が可溶性画分には得られなかった。一方
オートインダクションを用いてシャペロンと共発現した場合には目的のタンパク質を精製することに成功した。また、精製したタンパク質の結晶化に成功し、2.6Åの分解能で X 線
回折像を得ることができ、結晶構造解析を試みている。

P2-069L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞

リボソーム上での開始 tRNA による非 AUG コドンの解読
Decoding of non-AUG codons by initiator tRNA on
the ribosome〇丹澤豪人 1，Matthieu G. Gagnon1, 2
1
テキサス大・医，2 テキサス大・構造生物学/分子生物物理学センター
真正細菌では，翻訳は mRNA および翻訳開始因子 IF1, IF2 および IF3がリボソームの 30S 小サブユニットに結合することによって開始される．
続いて，開始 tRNA である fMet-tRNA fMet が P-site に導入され，そこでAUG 開始コドンを認識することで，30S 翻訳開始複合体（30S initiation
complex, 30S-IC）を形成する．50S 大サブユニットの会合が，IF2 の GTP
加水分解を伴うリボソームからの開始因子の解離を促し，最終的に 70S
開始複合体（70S initiation complex, 70S-IC）が形成される．これにより翻訳伸長段階への準備が整う．
全ての生物において，開始 tRNA は P-site の AUG 開始コドンを認識し相互作用して，タンパク質合成を開始する．しかしながら，開始 tRNA は
非 AUG コドンからも翻訳を開始することができる．真正細菌では，GUG とUUG は近同族（near-cognate）開始コドンとして存在し，全遺伝子の 1 割
以上で使用されている．これら 3 種類の開始コドンに加えて，CUG, AUU,
AUC, AUA も非同族（non-cognate/non-favorable）開始コドンとして知られている．しかしながら，P-site 上における AUC 開始コドン認識の X 線結晶構造解析がこれまでに報告されているただ一つの先行研究であるため，
開始 tRNA による非 AUG 開始コドンの認識に対する理解は充分とは言えない．
そ こ で 本 研 究 で は ， Thermus thermophilus 70S リ ボ ソ ー ム ・ 非 AUG
mRNA・tRNA fMet 複合体の一連の X 線結晶構造解析を行い，翻訳開始段
階におけるリボソームの P-site 上での非 AUG 開始コドン解読メカニズムへの洞察を提供する．本発表では，構造解析により明らかになった非AUG 開始コドン–アンチコドン相互作用の詳細について紹介する．

P2-070L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL1A

Human tRNAHis guanylyltransferase のRNA 複合体構造解析
Crystal structure ofhuman tRNAHis guanylyltransferase complexed with
tRNA
中村彰良
産業技術総合研究所 生物プロセス研究部門
tRNAHis guanylyltransferase (Thg1)は、真核生物に共通して存在し、細胞質
tRNAHis 前駆体の 5’末端に GTP を基質としてグアニン塩基(G-1)を付加する酵素として同定された。この G-1 は、ヒスチジル tRNA 合成酵素による認識に必須であり、翻訳に欠かせない。近年、Human Thg1 (hThg1)はミトコンドリア
tRNAHis (mtRNAHis) も基質として認識し、G-1 を付加することが明らかになった(1), (2)。mtRNAHis は通常の tRNA とは大きく異なる 2 次構造を形成することが予測されており、どのように hThg1 は mtRNAHis を認識するのか、その詳細は明らかになっていない。
我々は hThg1 の mtRNAHis の認識機構を解明すべく、hThg1-mtRNAHis 複合体の結晶化を試みたが、結果として mtRNAHis の一部を含む hThg1 の立体構
造を 3.7 Å 分解能で決定することに成功した。得られた hThg1 の立体構造はこれまでに報告されている hThg1 とは全く異なる空間群 P3(1)21 に属し、4 量体を形成していた。さらに、既知構造の hThg1 ではディスオーダーしていた領域が、本構造では長いβシートを形成していた。興味深いことに、確認された
mtRNAHis の一部と思われる電子密度はこのβシート近傍に位置していた。このβシート領域は古細菌由来 Thg1 ホモログタンパク質では tRNA の D-loopと T-loop の相互作用部位を認識している。このことから、hThg1 においてもmtRNAHis 認識にβシート領域が関与する可能性が示唆された。さらに生化学実験から、これまで真核生物の Thg1 は全て共通だと考えられてきたが、細胞質のみで機能する真菌由来 Thg1 と、細胞質とミトコンドリア両方で機能する
hThg1 では tRNA および GTP 認識機構が大きく異なることが示唆された。
(1)(2)

Nakamura A., Wang D., Komatsu Y., Biochem. Biophys. Res. Commun. (2018) 503 2015
Nakamura A., Wang D., Komatsu Y., RNA (2018) 24 1583

P2-071L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF-BL5, AR-NW12, NE-3

機能獲得型変異を持つ YabJ タンパク質の多量化構造
Oligomeric structure of the YabJ mutant protein
藤本 瑞、岸根 尚美、ル ティ テゥ ホン、木村 啓太郎
農研機構・解析セ/農研機構・食品研
納豆菌 Bacillus subtilis (natto)の生産するポリ-γ-グルタミン酸（poly-γ-glutamate; γPGA）は、グルタミン酸がγ-カルボキシル基とα-アミノ基の間で重合した分子量約 200 万ダルトン（2MDa）にも及ぶポリペプチドであり，納豆の糸の粘質物の主成分である．
この納豆菌によるγPGA 生産はクオーラムセンシング（QS）と，その後の複雑なカスケード機構により制御される．γPGA 合成酵素遺伝子の発現は，受容体型 2 成分制御系（ComP-ComA）への菌体外低分子ペプチド（ComX）の結合によって定常期に誘導され，comP-comA 遺伝子および転写因子 ComA が直接発現を制御する degQ 遺伝子の破壊株はγPGA 非生産となる．γPGA
生産制御に関わる新たな因子を探索するため，degQ 遺伝子破壊株のγPGA生産を回復させる復帰抑制変異のスクリーニングを試みたところ，得られた抑制変異株では yabJ 遺伝子に１アミノ酸置換変異が存在した．変異型 yabJ 遺伝子を親株（degQ 遺伝子破壊株）に導入し，γPGA 生産とγPGA 合成遺伝子
発現の回復が確認された．
YabJ タンパク質は高度に保存された YjｇF/YER057ｃ/UK114 ファミリーに属するエナミン・イミン化合物の解毒（脱アミノ化）酵素であると報告されている．
しかし，異説も多く，その機能には不明な点が多く残されている．納豆菌においては，YabJ タンパク質のアミノ酸置換変異により yabJ 遺伝子産物が脱アミノ反応以外の何らかの機能を獲得してγPGA 合成を直接制御する転写因子
DegU の発現量を増加させたと推定された．
枯草菌 Bacillus subtilis の YabJ は、1999 年に結晶構造が決定されている．
YabJ はホモ 3 量体を形成しており，そのサブユニット間に形成される空隙内で脱アミノ反応を行う酵素であることが後に報告されている．見出された変異体を作成し大腸菌で発現したところ、脱アミノ反応活性については確認されなかったが、Native 電気泳動およびゲル濾過クロマトグラフィーでは、変異体タン
パク質は野生型タンパク質よりも大きな見かけの分子量を有することが明らかになり、変異が入ることによってその立体構造や多量化機構に変化が生じた可能性が示唆された．そこで、１アミノ酸変異によりどのような立体構造変化が起き、γPGA の生産回復が引き起こされるのかを明らかにするために、機能獲得変異型 YabJ の立体構造解析を行なった．機能獲得変異型 YabJ は野
生型 YabJ とは異なる多量化構造をとっていることが明らかとなった．

P2-072L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
MLF-BL03, PF-BL05

茨城県生命物質構造解析装置 iBIX によるトランスサイレチ
ン変異体の中性子回折実験
Title Neutron diffraction study of transthyretin variant
by using iBIX
日下勝弘 1、横山武司 2、山田太郎 1、矢野直峰 1、田中伊知朗 1、水口峰之 2
1 茨城大 iFRC、2 富山大 薬学部

トランスサイレチン(TTR)は線維化し組織に沈着することでアミロイドーシスを引き起こすタンパク質である。TTR 野生型のアミノ酸残基 Tyr116 を Val に置き換えた変異体は野生型より安定であり、Tyr116 を Ser に置き換えた変異体は野生型より不安定で線維化しやすい。特に Tyr116Ser 変異体は難病である家族性アミロイド神経症(FAP)を引き起こす。本研究では野生型とは安定性の異なる Try116Ser 変異体の安定性変化（=線維化）のメカニズムを解明し、FAP発症を抑制する新たな知見を得ることを目的とし、中性子回折実験を試みた。
精製した TTR 変異体 Tyr116Ser を用い大型単結晶育成の条件検索を行い、重水溶液下でシッティングドロップ法により、中性子回折実験に適用可能な
2.4mm3 の大型単結晶を得ることに成功した(Fig. 1)。中性子回折計である
J-PARC、物質生命科学実験施設に設置された茨城県生命物質構造解析装
置 iBIX を用いて中性子構造解析用の TOF 回折データの測定を試みた。得られた単結晶は、非常にシャープな回折パターンを示し(Fig. 2)、分解能で 1.9Å程度の中性子構造解析可能なデータの取得に成功した。同時に X-N Joint
refinement 用の X 線回折データ(分解能:1.4Å)も取得することができた。本報
告では、データの統計精度、データ処理・解析の状況を報告する。

Fig.1 Try116Ser 変異体の大型結晶

Fig. 2 得られた回折パターン

P2-073L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
BL-5A

Duvenhage ウイルス P 蛋白質 C 末端ドメインの構造解析
Crystal structure analysis of the C-terminal domainof Duvenhage virus P protein
杉山葵 1,

蒋欣欣 2, 前仲勝実 2, 姚閔 1，尾瀬農之 1,2
1 北大院生命，2 北大院薬，

多くのウイルスは，宿主を支配するために宿主の免疫機構を阻害し，自身の 増 殖 に 有 利 な 環 境 を 作 り 出 す ”Counteraction” 機 構 を 持 つ 。
Counteraction の標的の一つは STAT である。STAT は代表的な抗ウイルス免
疫経路であるインターフェロン (IFN) 経路の中心的役割を担う。STAT 不活化の報告は，麻疹ウイルス等のパラミクソウイルス科のウイルスによるものが多いが，ラブドウイルス科の狂犬病ウイルス (Rabies Virus, RV) についても報告されている。
狂犬病は，狂犬病ウイルス (RABV) が引き起こす人獣共通感染症である。
RABV は，ラブドウイルス科リッサウイルス属に分類される (-)一本鎖 RNA ウ
イルスである。すべての食肉目に感染する非常に広い宿主域を持つうえ，発症後の治療法は確立されておらず，発症すればほぼ 100％が死に至る。そのため，すべての大陸に渡って年間 55,000 人の死者を出している。RABV の感染を感知した宿主細胞は，JAK-STAT 経路を活性化させ，RABV の排除を試みる。一方，RABV ゲノム中にコードされる P 蛋白質は，STAT 分子との相互作用により JAK-STAT 経路を不活化し，免疫逃避により自らの増殖に有利な環境へと誘導する。しかし，STAT 分子と P 蛋白質の詳細な結合構造は明らかになっておらず，STAT 分子を P 蛋白質が認識，不活化する機構は不明である。
私達は RABV が宿主の JAK-STAT 経路を阻害する仕組みを解明するため，
STAT 分子や P 蛋白質を高純度で精製し，相互作用解析を始めとした分子レベルでの研究をおこなってきた。Duvenhage ウイルス(DUVV)は同じリッサウイ
ルス属の弱毒性ウイルスであり，STAT 分子の不活化能力が低い。不活化を担っている P 蛋白質を RABV と DUVV で比較するため，DUVV の P 蛋白質 C
末端ドメインの結晶構造解析をおこなった。

P2-074L ＜生物物理, 生物化学（結晶構造解析)＞
PF BL17A, SPring-8 BL38B1

高度好塩菌 H. salinarum 由来チオレドキシンの立体構造と高塩濃度適合機構
Tertiary structure and haloadaptation mechanism ofthioredoxin from extreme halophile H. salinarum
新井栄揮 1、柴崎千枝 1、清水瑠美 1、安達基泰 1、
石橋松二郎 2、徳永廣子 2、徳永正雄 2
1 量研・量子生命科学領域、2 鹿児島大・農学部
塩湖や塩田などの高塩濃度環境に生息する極限環境生物・高度好塩菌は外界との浸透圧調整のために細胞内に飽和濃度の塩(～35% K+)を保有する。
高度好塩菌が産生する蛋白質（以下、好塩菌蛋白質）はそのような高塩濃度
環境においても機能を保持する。好塩菌蛋白質の高塩濃度適合機構は、高含量の酸性アミノ酸による高い可溶性と、低含量の疎水性アミノ酸(Val, Leu,
Ile, Phe)による構造の可塑性（塩析の効果によるコア構造の安定化）などの特徴に基づくことが知られる。しかし、それらの特徴は必ずしも普遍的ではない[1]。また、好塩菌蛋白質の高塩濃度適合機構は、例えば有機溶媒中のような低水分活性環境下でも機能する酵素触媒システムなど、新たなバイオテクノ
ロジーの開発に応用できると期待される。これらの背景から、様々な好塩菌蛋
白質について更なる構造・機能研究が求められている[1]。
我々は当該研究の一環として、既知の好塩菌蛋白質の中でも特に酸性アミノ酸含量が高い[（Asp + Glu）/（Arg + Lys + His）= 9.0] 高度好塩性古細菌
Halobacterium salinarum NRC-1 由来チオレドキシン（以下、HsTRX-A）について X 線結晶解析及び円偏光二色性解析により立体構造・溶液構造を明らかにし、高塩濃度適合機構の解明を試みた[2]。PF BL17A および SPring-8
BL38B1 を利用して決定した HsTRX-A の立体構造（PDB ID: 6KIL、分解能
1.6Å）を相同性のチオレドキシンと比較した結果、HsTRX-A の活性残基（Cys45 および Cys48）の周辺には他の TRX には見られない水和水ネットワー
クが存在することが明らかになった。この水和水ネットワークは触媒反応に必要なプロトン輸送を効率化し、高塩濃度・低水分活性環境での機能発現に寄与すると推察された。また、HsTRX-A は長く柔軟な N 末端領域（Ala2-Pro17）を有し、この領域が酸性アミノ酸含量の増大や高塩濃度下における構造安定性・可溶性・酵素活性の向上に寄与することが明らかになった。更に、この N
末端領域は活性部位を阻害しない位置に伸長しており、HsTRX-A は高塩濃度適合のために合理的な分子進化を遂げたことが示唆された。
[1] Karan R et al., (2012) Aquat. Biosyst. 8, 4
[2] Arai S et al., (2020) Acta Cryst. D76, 73

P1-089M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞

PF-AR NW14A

生細胞上 GPCR のリガンド誘導性 1 分子内部運動計測
Detecting Ligand-Induced Intramolecular Motionof Single GPCR in Living Cells
三尾和弘１、２、石原正輝１，２、一柳光平３，４、野澤俊介３、足立伸一３、深谷亮３
倉持昌弘１，２、関口博史５、佐々木裕次１，２
１ 東大院新領域、２ 産総研-東大 OIL、３ KEK、４ 自治医大、５ JASRIGPCR（G タンパク質共役受容体）には細胞外のリガンドと結合し、G タンパ
ク質を介すことでシグナルを細胞内に伝達し、細胞の興奮状態や生理機能の調整を行っている。そのため、創薬の約半数は、直接的もしくは間接的に
GPCR をターゲットとしており、生命活動にとって非常に重要なタンパク質分子群と言える。しかし、GPCR の活性や構造の研究とは対照的に、シグナル伝達時の分子内部動態についてはほとんど知見がない。
本研究では DXT (Diffracted X-ray Tracking)および、DXB (Diffracted
X-ray Blinking)という手法を用いて、生きた細胞上の GPCR1 分子の内部運
動計測を行った。DXT 法は金ナノ結晶を標識したタンパク質分子に白色 X 線を照射し、得られる回折点の動きをトラッキングすることで、分子内部運動を測定する１分子計測法である。特にマイクロ秒域の時間分解能での測定に使用される。一方で DXB 法は単色 X 線を使用するため、回折点のトラッキングはできないが、ピクセルごとの輝度の揺らぎから分子内部運動の評価を行う手法である。DXB 法ではサンプルへのダメージを抑えられるため、長時間の測定が可能となる。本研究では異なる 2 つの時間軸で測定した。短い時間ス
ケールでの実験（100 μs/frame）として DXT を SPring-8 (BL40XU)で行い、長い時間スケールでの実験（100 ms/frame）として DXB を KEK（PF-AR
NW14A）にて行った。測定試料は、HEK293F 細胞に発現させたセロトニン受
容体 (5-HT2A)とし、金ナノ結晶は、セロトニン受容体の N 末端に挿入した
FLAG タグに対する抗体に結合させた。
サブミリ秒領域の短い時間スケールでは、リガンドの存在下において
GPCR の分子内部運動が遅くなり、分子が安定化することが示された。一方
で、サブ秒領域での長い時間スケールでは、逆にリガンド存在下において
GPCR の分子内部運動が激しくなるという結果が得られた。異なる時間軸で運動が逆転するという興味深い現象は、GPCR とリガンドの会合、及びGPCR と G タンパク質に代表される細胞内分子との相互作用を反映しているものと考えられた。

P1-090M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
PF-BL10C

ヒト S100A3 蛋白質の Ca2+/Zn2+結合親和性と溶液構造特性
The binding affinities for Ca2+ and Zn2+ and solution
structural properties of human S100A3 protein.
井手賢司 1, 2、米澤健人 3、木澤謙司 4、北西健一 5、清水伸隆 3、海野昌喜 1, 2
1 茨城大院理工、2 茨城大 iFRC 、3 KEK 物構研、4 (株）花王、5 東京理科大理

S100A3 蛋白質（S100A3）は、毛髪キューティクル細胞で特異的に存在しており、共発現している蛋白質脱イミノ化酵素のⅢ型アイソザイム（PAD3）により、Arg51 が選択的にシトルリン化される[1]。この選択的なシトルリン化に伴い、S100A3 は、Ca2+と Zn2+への結合親和性が協同的に上昇し、Ca2+/Zn2+依存的に構造変化する。S100A3 のシトルリン化と毛髪の耐性には相関があり、シトルリン化に伴う構造変化が、毛髪の成熟化過程に重要な役割を担っていることが示唆されている [2] 。この
S100A3 のシトルリン化と毛髪の成熟化の関係をより詳細に理解するた
めに、Ca2+/Zn2+結合型 S100A3 の構造を明らかにすることを考えた。
Ca2+/Zn2+結合型 S100A3 の構造を解明するためには、PAD3 によってシトルリン化した S100A3（R51Z）を必要としたが、調製が困難であるな
どの問題があった。この問題を解決するため、Arg51 を他のアミノ酸に置換した変異体を作製し、シトルリン化した S100A3 のモデル探索を行った。その結果、Arg51 をグルタミンに置換した R51Q が R51Z の適したモデル変異体であることがわかった。
R51Q の Ca2+と Zn2+の結合親和性と、Ca2+/Zn2+依存的な構造変化を評価するため、トリプトファン（Trp）蛍光分析、円偏光二色性（CD）ス
ペクトル分析と X 線小角散乱（SAXS）を行った。Trp 蛍光分析と CD ス
ペクトル分析から、R51Q は R51Z と同等の Ca2+/Zn2+結合親和性を持っていることを確認した。また、S100A3 に対して、Zn2+の存在比が多くな
ると、α-ヘリックスが崩壊することがわかった。SAXS では、金属が存在しない条件において、WT と R51Q の散乱曲線は、ほとんど重なった。
この結果から、S100A3 はシトルリン化が生じただけでは分子概形が変化しないことを示唆した。さらに、5 モル当量の Ca2+と 1 モル当量の Zn2+が存在する条件において、WT の散乱曲線は、金属が存在しない条件のものと一致し、分子概形が変化していないことを示した。それに対し、R51Q
は Ca2+と Zn2+の存在により、散乱曲線に変化が生じ、分子概形が大きくなっていることを示した。また、Zn2+の存在量が 2 モル当量に増えることで、分子がさらに大きくなっていることが示唆された。
[1] Kizawa, K., et al., J. Biol. Chem., 208 (8), 5004-5013 (2008)[2] Takahashi, T., et al., J. Cosmet. Dermatol., 15, 211-218 (2015)

P1-091M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
PF/BL-10C

超遠心分析-小角散乱 (AUC-SAS) 法の高濃度凝集含有溶液への適用法の考察
Consideration on analytical ultracentrifugation andsmall angle scattering (AUC-SAS) method forsolution with higher amount of aggregates
宮本洋佑 1、守島健 2、井上倫太郎 2、佐藤信浩 2、奥田綾 2、裏出令子 2、杉山正明 21
京都大学大学院理学研究科、2 京都大学複合原子力科学研究所
小角散乱 （SAS）は生理条件に近い溶液中での生体高分子の構造解析を行える強力な手法である。SAS による構造解析のためには目的とする成分（例えば単量体成分）の正確な散乱プロファイルが必要である。しかし、生体高分子によっては精製直後でも再凝集を生じ、溶液は目的成分と凝集成分からなる多成分系となり、その測定散乱プロファイルは多成分の散乱プロファイ
ルの集合となってしまう。この場合、凝集成分はギニエ解析をはじめとした構
造解析の妨げとなるため、長年に渡り単一成分のみの散乱プロファイルの取得は溶液小角散乱の課題の一つとして位置づけられてきた。
この課題解決のために我々は超遠心分析 (AUC)に注目した。AUC では分子量や形状の相違により沈降係数が異なることを利用して、溶液中に存在する各成分を分離し、それぞれの重量濃度を求めることが可能である。一方、多成分系の散乱プロファイルは各成分の重量濃度と単位濃度当たりの散乱プロ
ファイルの積の総和である。そこで、溶液中の各成分の重量濃度を AUC より求め、多成分系の散乱プロファイル
から目的成分の散乱プロファイルを抽出する AUC-SAS 法を開発した。
これまでに AUC-SAS 法では少量の凝集（重量分率で 5%程度以下）を含む溶液に対して単量体の散乱成分の抽出に成功している（図 1）。一方、本手法を多くの生体高分子の溶液に適用するためには溶液中の凝集量の上限を明らかにする必要がある。そこで、本研究では凝集の重量
分率を系統的に変化させたタンパク
図 1: (a) Ovalbumin の溶液中の重質溶液を用いて、AUC-SAS 法の限量濃度分布（AUC）。(b) Ovalbumin
界についての検討を行った。更に、 溶液の SAXS プロファイル(赤丸)と、適用上限を広げるためのデータ処理 AUC-SAS により得られた単量体成分の散乱プロファイル(緑丸)。
法の改良についても発表を行う。

P1-092M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
ANSTO EMUQENS によるシュウドアズリンの構造ダイナミクス
Structural Dynamics of Pseudoazurin by QENS
橋本将太 1、山口 峻英 1、Attila Taborosi1、Kathleen Wood2、Alice Klapproth2、
高妻 孝光 1
1 茨城大学、２ ANSTO

Achromobacter cycloclastes 由来の Pseudoazurin(PAz)は、脱窒過程において亜硝酸還元酵素と亜酸化窒素還元酵素への電子供与体である。PAz は銅イオンに His40, Cys78, His81, Met86 が配位したタイプ１銅を有しており、第二配位圏の Met16 が His81 と弱く相互作用している。これまで、Met16 を芳香族アミノ酸(Phe, Tyr, Trp)、脂肪族アミノ酸(Ile, Val, Ala、Leu)に置換することで、タイプ１銅の分光学的と酸化還元電位が顕著に変化することを報告した[1, 2]。
近年、Met16 変異体の高分解能 X 線結晶構造解析[3]をおこなったところ、活性中心近傍ループの温度因子が顕著に変化することを新たに見出した。本研
究では、ループの動的性質と弱い相互作用の相関を明らかにするために、
ANSTO の EMU 中性子準弾性散乱法(QENS)によってシュウドアズリンの構造
ダイナミクスを測定した。
中性子準弾性散乱(QENS)の測定は、オーストラリアの ANSTO に設置されている高分解能中性子後方散乱分光器である Emu を用いて行った。
野生型および Met16Ile の QENS からシュウドアズリンの構造ダイナミクスを解析したところ、Met16Ile 変異体の構造ダイナミクスが増大することが確認された。
1. R.F.Abdelhamid, Y.Obata, Y.Uchida, T.Kohzuma, D.M.Dooley, D.E.Brown,
H.Hori, J.Biol.Inorg.Chem.2007, 12, 165-173
2. M.B.Fizpatrick, Y.Obata, K.Fujita, D.E.Brown, D.M.Dooley, T.Kohzuma,
R.S.Czernuszewicz, J.Biol.Inorg.Chem.2010, 104, 250-260
3. T. Yamaguchi, T. Attila, C. Sakai, K. Akao, T. Kohzuma.manuscript in

preparation.

P1-093M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
PF BL10C

超遠心分析-小角散乱 (AUC-SAS) 法を用いた解離会合平衡下にあるタンパク質複合体の構造解析
Structural analysis of protein complex under
dissociation-association equilibrium with analyticalultracentrifugation and small angle scattering(AUC-SAS) method
守島健 1、矢木真穂 2,3,4、井上倫太郎 1、佐藤信浩 1、
奥田綾 1、裏出令子 1、加藤晃一 2,3,4、杉山正明 1
1 京大複合研、2 分子研、3 ExCELLS、4 名市大院薬I(q) / cm-1

I(q) / cm-1

生体高分子が形成する複合体の構造解析は生体機能の理解に重要である。
小角散乱（SAS）は生理条件に近い「溶液中」の生体高分子複合体の構造を解析できる強力な手法である。しかし、解離会合平衡下などの多成分系において得られる散乱プロファイルは溶液中に共存する全成分の時間・集団平均で与えられるため、複合体の構造解析には複合体成分の散乱プロファイルを選択的に得ることが必要である。近年、多成分系の生体高分子溶液から目的成分のみを分離・測定するサイズ排除クロマトグラフィー （SEC）-SAS 法が注目を集めている。しかし、構成分子間の相互作用が弱く（解離定数 KD >102 μM） SEC カラム内で複合体が分解してしまう系やカラム担体と生体高分子が相互作用する系においては、SEC-SAS 法により目的の複合体の選択的測定を行うことができない。一方、超遠心分析（AUC）法は分子量や形状の相違に
より沈降係数が異なることを利用して、溶液中に存在する各成分を分離しそれぞれの重量濃度を求める手法である。特に、沈降と拡散の平衡状態を測定する沈降平衡法は、広範囲で KD を求
-2
(a)
2
10
めることが可能なため（103-10-2μM）、
弱結合複合体（KD >102μM）でも解離会-310合平衡溶液中での濃度を決定できる。
3-4
そこで我々は、複合体を含む解離会合
10 3 4 5 6 7 823
4 5 6 7
-2
-1
(b)
10
10
平衡下の溶液の SAS プロファイルを測-1q/Å
定し、更に AUC 法によりその溶液中で-310の複合体の濃度を求め、両者より複合-4
体の SAS プロファイルを求める手法
10 3 4 5 6 7 823
4 5 6 7-1
（AUC-SAS 法）を開発した。当日は、
10
-1
q/Å
AUC-SAS 法のプロトコル及び大きな解
図 1 (a) HR23-UBL と PNGase-PUB
離定数で解離会合平衡にある HR23- の単体とそれらの混合溶液の X 線
UBL と PNGase-PUB の系[1]への適用 小 角 散 乱 プ ロ フ ァ イ ル (b) AUC結果を報告する。[1] Y. Kamiya, et al., SAS 法により分離した複合体の X
線小角散乱プロファイル
FEBS letters 586 (2012) 1141-1146.

P1-094M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
ANSTO Quokka, Bilby

SANS によるシュウドアズリンの pH 構造転移の解明
pH Structural Transition of Pseudoazurin elucidatedby SANS
津金 聖和 1、山口 峻英 1、Attila Taborosi1、Kathleen Wood2、Andrew
Whitten2、高妻 孝光 1
１ 茨城大学、 ２ ANSTO
非共有結合性の弱い相互作用は、タンパク質の機能発現や構造安定化において重要な役割を演じている。シュウドアズリン(PAz)は、脱窒菌において亜硝酸還元酵素(NiR)と亜酸化窒素還元酵素(N2OR)への電子供与体として機能している。シュウドアズリンの活性中心には、銅イオンに His40、Cys78、His81、Met86 が配位し、歪んだ四面体構造を有している。これまで、活性中心の第二配位圏において His81 に弱く相互作用する Met16 が、活性中心の分光学的・
電気化学的性質や構造安定性に寄与することを報告してきた[1, 2]。本研究では、野生型 PAz および Met16 変異体（Met16Phe、Met16Ile）の酸性における構造転移の詳細を中性子小角散乱（SANS）によって検討した。SANS の測定
は、ANSTO のビームラインである Quokka、Bilby を用いて行った。
野生型 PAz の SANS 曲線から、pD 7.4、3.0、1.9 における慣性半径(Rg)を求めたところ 13.9±0.2 Å、16.6±0.3 Å、32.0±1.2 Å であった。さらに ab initio 解析によって得られた Bead model の形状から、pD 7.4 において野生型 PAz
は”Barrel”型構造を有しており、pD 3.0 では C 末端側のヘッリックスドメインが開いた”Open Domain”型の変性中間体構造をとることが判明した。さらに、pD
1.9 では SANS 曲線が Debye 関数に従う”Random” 構造であることが判明した。

1. R. F. Abdelhamid, Y. Obara, Y. Uchida, T. Kohzuma, D. M. Dooley,
D. E. Brown, H. Hori, J. Biol. Inorg. Chem. 2007, 12, 165-173
2. M. B. Fitzpatrick, Y. Obara, K. Fujita, D. E. Brown, D. M. Dooley,
T. Kohzuma, R. S. Czernuszewicz, J. Inorg. Biochem. 2010, 104,250-260

P1-095M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
SPring-8 BL40XU

生きた線虫Ｃ．エレガンス体内の不凍タンパク質と氷結晶の動的観測
Dynamical observations of antifreeze protein andice-crystals in living Caenorhabditis elegans
倉持昌弘 1,2,3、董芸格 1、関口博史 4、青山光輝 4、戸井基道 3、三尾和弘 2、津田栄 2,3、佐々木裕次 1,2,4
1 東大新領域、2 産総研・東大 OIL、3 産総研・生命工、4 JASRI/SPring-8
不凍タンパク質（AntiFreeze Protein, AFP）は、氷結晶に結合し、結晶成長を防ぐユニークな機能をもつ。AFP の立体構造や物性に関する詳細な解析が行われているが、動的な AFP-氷抑制の作用機序については未だ不明な点が多い。特に、生きた個体生物の中で、AFP や AFP により抑制される氷結晶の動態を実測した例は皆無に等しい。そこで我々は、AFP を線虫Ｃ．エレガンスの腸細胞に発現させ、X 線１分子明滅法(Diffracted X-ray Blinking, DXB)と X 線
１分子追跡法（Diffracted X-ray Tracking, DXT)により、線虫体内の AFP と氷結晶の動態を観察した（右図）。今回、野生型 AFP と、AFP の氷結合サイトに変異を導入した機能欠損 AFP の、線虫
χ
体内における分子動態を観察した。実θX験室 X 線（Rigaku FR-D）を利用して、
χ
線虫体内の AFP 分子動態を計測したとθ
ころ、-5 度、-10 度において、野生型
AFP は温度低下によって、その動態が緩やかに安定する方向に運動が低下していった。一方、機能欠損 AFP は温度
Fig. X 線１分子計測法による線虫体内低下とともに、その動態が激しくなるといのタンパク質分子動態の計測法
う興味深い結果を得た。分子動力学計
算から、氷結晶が発生する温度では、AFP が氷と安定結合して、運動性が低下する、機能欠損 AFP は氷と安定結合できず、AFP が激しく揺らぐ挙動を示すと考えられており、今回の生体内計測の結果とも一致する。また、－20℃以下の測定では、生体内の氷結晶の回折像を観察することができた。この氷結晶の回折像から、結晶サイズやその動的挙動を解析したところ、AFP 有無、
AFP 種類によって氷の性質が異なることが示唆された。SPring-8 BL40XU ビー
ムラインでも同様の計測を行い、準白色光を利用することで、より精細に生体
内 AFP 分子動態検出を試みている。本発表では、生体内の AFP と氷結晶の動態計測から、AFP による氷結晶成長抑制の作用機序について議論したい。

P2-075M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
PF BL10C, SPring-8 BL45XU ほか

磁気受容蛋白質候補 ISCA1 の SAXS 解析
SAXS analysis of the magnetorecepter candidate
protein ISCA1
新井栄揮 1、清水瑠美 1、安達基泰 1、味戸聡志 2、平井光博 2
1 量研・量子生命科学領域、2 群馬大・院理工
多くの動物種は蛋白質を利用した磁覚（磁場の方位や強さを知覚する感覚）を備えている。青色光によって網膜細胞内の蛋白質クリプトクロム(Cry)が含有するフラビン補酵素(FAD)が励起されると、Trp から FAD へ電子が移動し、FAD と Trp で構成されるラジカル対を生じる。このラジカル対の電子ペアが磁場の影響を受けることで電子スピン選択的な化学反応を誘導し、その化学反応性の変化が磁覚に寄与すると推測されている [1,2]。実際、Cry を失活した
ショウジョウバエは磁覚を喪失する[3]。しかし、Cry が受容した磁気情報を何処へどのような機構で伝達するのか解明されていない。量子磁気センサーを有していても、得られた情報を神経系へ伝達する機構が無ければ脳での認知処理が出来ず、受容した情報を主観的に知覚できるとは限らない。一方、
2016 年、Cry と相互作用する蛋白質 ISCA1（別名 MagR）が発見された[4]。
Cry/ISCA1 複合体は地磁気程度の弱磁場(0.4 G)に対しても配向する極めて稀な性質を有する。この性質から、ISCA1 は Cry の磁気受容の反応場もしくはCry が受容した磁気情報を神経系へ伝達する仲介分子として機能する可能性が示唆される[4]。本研究では、ISCA1 の構造・機能解明を目標とし、予備的な検討として SAXS 測定による ISCA1 の溶液構造の解析を行った。その結果、磁覚保有種であるカワラバト由来 ISCA1 は 2 種類の構造異性体（棒状の Type
A と球状の Type B）を形成し、Type B は 8 量体以上の自己会合体を形成する
ことが明らかになった。更に、SAXS データと相同蛋白質の結晶構造（PDB：
2D2A、1R94、1X0G）に基づいた ISCA1 の分子モデリングから、Type B のISCA1 分子間の界面に Fe-S クラスター結合部位が形成されることが示唆された。Type A から Type B への構造変化と、それに伴う ISCA1 の自己会合は、起磁力向上の要因となり得る多くの Fe-S クラスターの結合を可能にすると考えられる。
[1] Ritz T, et al., Biophys J. (2000) 78, 707; [2] Maeda K, et al., PNAS. (2012)
109, 4774; [3] Gegear RJ, et al., Nature (2008) 454, 1014; [4] Qin S, et al., Nat
Mater. (2016) 15, 217

P2-076M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
PF-BL6A

細胞毒性を有する酸化コレステロールによるリン脂質膜の相転移挙動と膜構造への影響
Influence of cytotoxic oxysterol on the phasebehavior and structure of phospholipid bilayers
高橋 浩、星野達也
群馬大学 理工学府 理工学基盤部門
コレステロールは、生体膜がその機能を発揮するのに最適な膜状態にする
調整役として、生体にとって欠くことができない重要な生体分子である。コレス
テロールが酵素の働きによって酸化されて生じる酸化コレステロールには、ホルモンとして作用するものがある。一方、活性酸素の存在によって生じる酸化
コレステロールは、多くの場合、細胞毒性を持つなど生体にとっては、ありがたくない存在である。さらに、酵素由来でない酸化コレステロールは、動脈硬化症、癌、神経症など疾病に関係するとも指摘されている。ただ、その細胞毒性や、疾病を生じさせる分子メカニズムの詳細は、不明である。
生体膜中のコレステロールが、酸化コレステロールに置き換わることで、脂質膜部分の物性が変化し、生体機能が阻害されるのでは、と予想されている。
そのため、モデル生体膜に対する、各種の酸化コレステロールの影響が検討されてきている。細胞毒性が特に強い 7β-hydroxycholesterol(7βOH)と、
25-hydroxycholesterol(25OH)を用いて、これまで主に研究されてきているが、互いに相反する結果が、報告されるなど、まだまだ研究は十分でない。
本研究では、モデル生体膜の研究で、最も多く用いられているリン脂質ジパ
ルミトイルホスファチジルコリン（DPPC）の膜構造に対する 7βOH と 25OH の影響を、Ｘ線回折で調べ、その結果をコレステロールの場合と比較した[1]。
7βOH、25OH ともに Chol と比較すると、１つの余分な酸素原子を含む。
回折強度データから電子密度分布を再構成し、膜厚を求めた。この値を、重水を用いた浮沈法で求めた質量密度から見積もった見かけ上の分子体積を組み合わせた、膜面の占有面積を算出した。その結果、コレステロールの場合が占有面積は最も小さくなり、7βOH が最大の値を与えた。コレステロー
ルのリン脂質膜に対する凝集効果（分子パッキングを密にする効果）は、良く知られているが、酸化コレステロールでは、その効果が弱くなり、また、その程
度は、酸化部位によることが分かった。さらに、Chol、7βOH、25OH の膜内における分子配向に関しても議論する予定である。
[1] Takahashi & Hoshino, Chem. Phys. Lipids 227(220)104872(doi.org/10.1016/j.chemphyslip.2020.104872)

P2-077M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
KWS-1(FRM-II, JCNS)

中性子小角散乱によるシトクロム c’構造転移機構の解明
SANS study of pH Induced Structural Transition of
Cytochrome c’山口 峻英 1、Alexandros Koutsioubas2、Henrich Frielinghaus2、高妻孝光 11 茨城大学、 2 JCNSThe functional protein structure is achieved by the exact folding ofpolypeptide chains. Cytochrome c’ (Cyt c’) has a four α-helices bundle
structure. The unusual magnetic/spectroscopic properties and pH dependentunique spin species of Cyt c’ have been reported.[1, 2] Here, pH dependent
structural transition of Cyt c’was determined by small angle neutron
scattering (SANS), and the unfolding intermediate structure at pD ⋍ 13 isrevealed to be “open-bundle” form with the four helices like joint-clubs. The
low-resolution bead model created from SANS data of Cyt c’ also
demonstrated that the structure is surprisingly compactly folded (Rg =18-19 Å)
and forms dimer at the neutral pH region. The first structure for unfolding
intermediate of Cyt c’ at pD ⋍ 13 was determined, and the structures at pD
6.4, pD 9.4 and pD ⋍ 13 gave a mechanism of protein unfolding of Cyt c’. The
size of intermediate structure (Rg =ca. 26 Å) is extremely larger than the native
four α-helix bundle structure.

P2-078M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
BL-6A

X 線小角散乱溶液と分子動力学シミュレーションによる数種のシゾフィラン単量体構造観測の試み
Attempt to observe the structure of several kinds ofschizophyllan monomer by Small Angle X-ray
Scattering and Molecular Dynamics simulation
松村義隆、小島正樹
東京薬科大学生命科学部
Yoshitaka Matsumura and Masaki KojimaSch. of Life Sci., Tokyo Univ. of Pharm. and Life Sci.
-glucan is a major component of the pathogenic fungal cell walls. Dependingon their composition and structure, it is related to diseases like mycoses andshows good effects as health promotion such as anti-tumor effect etc. Since
-glucan is a target molecule for candin antifungal drugs, it is an important
molecule from the viewpoint of structure-activity relationship of antibacterial
drugs. Dectin-1 and the like have been found as receptors for -glucan, and are
positioned as important molecules also from the viewpoint of infectious
immunity and innate immunity.
Schizophyllan, which is a -glucan derived from Schizophyllum commune,
has been approved as an anticancer agent because it exhibits antitumor activity,and it has been clarified by X-ray crystal structure analysis that it dissolves inwater to form a triple helix structure (Takahashi, Y., et al. 1984, Kony, D. B., etal., 2007). In contrast, it is known that sonication of schizophyllan reduces themolecular weight and causes a structural change from trimer to monomer,
resulting in loss of anticancer activity (Yanaki, T., et al. 1983). However, it has
been found that the monomeric schizophyllan exhibits activity in the horseshoe
crab fluid coagulation reaction (Limulus test, Nagi, N., et al. 1993). The
Limulus test has been used since 1980's to determine mycosis, a major humandisease. However, there is no example in which the structure directly wasobserved in the solution.
So, in the present study, we attempted to observe and visualize thethree-dimensional structure of the monomeric schizophyllan molecule treatedwith sonication by SAXS and MD simulation. By SAXS analyses showed thatschizophyllan treated with sonication was multi-dispersed state, and the shape
was globule. The Rg of major component of the schizophyllan at several
concentrations were almost 10 Å. MD simulation of the schizophyllan suggested
that the shape was helical structure. Besides, we have measured monomericschizophyllan at alkaline pH by SAXS. The details are discussed in the poster.

P2-079M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
PF-BL6A

コレステロールとラノステロールによるリン脂質膜構造への影響の比較：中性・酸性リン脂質 2 成分系での検討
Comparative study of the effects of cholesterol andlanosterol on phospholipid membrane structureusing neutral and acidic lipid binary systems
松本 旺、高橋 浩
群馬大学 理工学府 理工学基盤部門
生体膜の物理的状態（流動性や透過性等）は、生体機能を発揮するのに最適なものになっている必要がある。その調整を行っているのは、高等生物においては、主にコレステロールである。その生合成には、分子状酸素が必要であり、地球大気の酸素濃度が上昇した後に、コレステロール分子は生物界に登場したと提唱されている[1]。生合成経路においてコレステロールの前駆体であるラノステロールは、分子進化的にもコレステロールの祖先分子であると考えられている[2]。下等生物の一部は、ラノステロールを利用している。そのため、膜の物性の調整役として、ラノステロールよりもコレステロールの方が実際に優れているかが、検討されてきた。しかし、従来の研究は、主に、脂質一種からなるモデル膜に、それらのステロールを加えて影響を調べるだけで、実際の生体膜が、様々な脂質種からなることを考慮すると、不十分である。
本研究では、酸性リン脂質 ジミリシトイルホスファチジルグリセロール(DMPG)と中性リン脂質ジミリシトイルホスファチジルコリン(DMPC)を用いた、
脂質 2 成分系モデル生体膜において、コレステロールとラノステロールが、その膜構造にどう影響するかを、小角 X 線散乱を用いて比較検討した。試料は、ステロール含有量が、0 から 40mol%の範囲のものを用意した。
散乱データから、膜厚を求めたところ、以下の結果を得た。転移温度以下の 5℃（ゲル相）では、高い濃度でステロールが含まれる場合、ラノステロールがより膜厚を増大させた。一方、転移温度以上の 38℃（流動相）では、広い濃度範囲においてコレステロールの方がより膜厚を増大させた。
コレステロールがリン脂質膜の分子パッキングを密にする効果はよく知られているが、ラノステロールの場合、流動相では、膜厚から考えると、その効果が弱くなることが分かった。ゲル相では、流動相とは反対に見かけ上、その効
果は強くなったが、リン脂質分子の膜面に対する傾きの効果も寄与するため、より詳細な検討が必要である。さらに、膜厚だけでなく、膜の流動性の観点からも議論する計画である。
[1] K. Bloch, CRC Crit. Rev. 14 (1983), 47-92.
[2] O.G. Mouritsen & L. A. Bagatolli, Life-As Matter of Fat: Lipids in a Membrane
Biophysics Perspective, Ch. 14, (2016) Berlin, Springer-Verlag.

P2-080M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
AR-NW12A

AR-NW12A におけるオフライン・オンライン顕微分光装置の現状と今後の高度化について
The Development of Spectroscopic System
at AR-NW12A
引田理英 1,2、山田悠介 1,2、松垣直宏 1,2、平木雅彦 2,3、千田俊哉 1,2
1
高エネ機構 物構研 フォトンファクトリー
2
総研大 高エネルギー加速器研究科
3
高エネ機構 共通 機械工学センター
タンパク質の機能メカニズム解析研究において、タンパク質の分子・原子レベルでの立体構造は不可欠であり、高輝度放射光源を利用した X 線結晶構
造解析法は、タンパク質の立体構造を原子レベルで解明するための強力なツールとして利用されている。一方、振動分光学的方法によれば、タンパク質を構成する原子の化学的諸性質を決定する化学結合を精密に解析することができる。近年では、X 線結晶構造解析法と振動分光法を組み合わせ、これら 2つの相補性を利用した研究が展開されるようになってきている。そこで
KEK-PF のタンパク質結晶構造解析用ビームラインである AR-NW12A では、
これまでに行っていたタンパク質結晶の X 線回折実験と併せて、レーザー光
や白色光を光源としたタンパク質結晶の分光実験が可能な装置開発及び環境整備を行っている。これまでに、AR-NW12A のコントロールキャビンに分光実験専用のレーザーブースが建設され、レーザーや分光器が導入されている。
オフライン顕微分光装置については開発が終了し、ユーザー利用が始まっている。紫外・可視吸収測定装置では、結晶に照射する白色光は 100μm 程度まで集光できており、室温・低温どちらでも測定が可能となっている。また、ラマン分光装置についても、100μm 程度のビームサイズでの測定が可能となっている。本ポスターでは、オフライン顕微分光装置の利用について紹介する。
さらに、現在行っているオンライン顕微分光装置の現状についても紹介する。

P2-081M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
PF-BL27A、PF-BL27B

細胞の放射線感受性を決定する情報伝達機構の解明
Analysis of Signal Transduction Mechanism
Deciding Cellular Radiosensitivity
前田宗利 1、前田未佳 1、宇佐美徳子 2、小林克己 2、冨田雅典 31
若狭湾エネ研セ・研究開発・粒子線医療、2KEK-放射光、
3
電中研・原技研・放射線安全研セ

BL-27B の放射光 X 線マイクロビーム照射装置は、5 keV の単色軟 X 線マイクロビームを下流の 4 象限スリットの開放度を変えることにより、細胞核よりも小さなビームで細胞内小器官を狙い撃ちするだけでなく、細胞全体や細胞集団、さらには細胞核と同じ大きさのマスクを置くことにより細胞核を除く細胞質全体を照射することも可能な、世界唯一の生物試料用照射装置である。
我々のグループは、軟 X 線マイクロビームを用いて細胞局所を照射することにより、照射部位と細胞応答および細胞内の分子応答、細胞間情報伝達（バイスタンダー応答）の関係について解析を進めている。
ヒト胎児肺由来正常細胞（WI-38）の細胞核あるいは細胞全体を X 線マイク
ロビームで照射し、DNA 損傷応答のトリガーである ATM（毛細血管拡張運動失調症の原因遺伝子産物）依存的に誘導される DNA2 本鎖切断（DSB）のsurrogate marker であるリン酸化ヒストン H2AX（γ-H2AX）のフォーカス形成を、
免疫蛍光染色により可視化解析した。その結果、5 ミクロン角の X 線マイクロビームを用いて細胞核のみを照射した場合、γ-H2AX のフォーカス形成は 1
Gy では認められず、10 Gy でのみ観察された。その一方、200 ミクロン角の X
線マイクロビームを用いて細胞の全体を照射した場合、γ-H2AX のフォーカ
スは 1 Gy、10 Gy ともに観察された。このフォーカス形成は、ATM 特異的阻害剤である KU55933 を予め培養液に添加することにより抑制されたことから、
ATM 依存的であることを確認した。
細胞質への照射が無い場合に、低線量域（≤ 2 Gy）における H2AX のリン酸化が生じないことから、この線量域では ATM 依存的な DNA 損傷応答が十分に誘導されていないことが確認された。細胞核に加えて細胞質を照射することによって生じる ATM の核内移行が、細胞核内における ATM を介したシグナル伝達機構の活性化に重要な役割を果たしていると考えられる。
細胞質へ放射線のエネルギーが与えられることによって開始される細胞内
情報伝達によって、細胞の放射線感受性や細胞間情報伝達因子の生成や放出を司るメカニズムが制御あるいは修飾されていることから、低線量域における放射線生物応答のターゲットとしての細胞質の重要性が明らかになった。

P2-082M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
PF-BL-6A,10C

溶質の形と大きさを決定するプログラムの高速化の試み
Challenge to Speed Up Software for Determining
Shape and Sizes of Solute相澤秀樹
摂南大（薬）
小角散乱で溶液中のコロイド粒子やタンパク質などの溶質の構造と大きさの情報を得るための解析手法の一つに、幾何学図形の半径、高さなどのパラメータの値を変化させて、球、楕円体、円柱などの幾何学図形のモデルから算出した値と小角散乱測定結果の一致度合を示す値χｒ2 が１になるまで、ある
いは、任意に設定した回数（以降、試行回数とする。）になるまで、試行を繰り返す方法（以降、試行手法とする。）がある。ユーザーがこの試行手法を具現化するプログラムを使用する際に、経済的および操作上の負担をかけないよ
うにするため、発表者は、MS-Excel. VBA を用いて開発し、小角散乱測定結果を解析してきた。しかし、幾何学図形のモデルが複雑になるにつれて試行
手法を処理する時間が著しく増加していき、研究遂行上問題が生じてきており、試行手法の処理の高速化を図る必要性が生じた。
本研究において、Core-shell sphere、Core-shell oblate ellipsoid、Core-shell
circular cylinder のそれぞれ幾何学図形のモデルについて、MS-Excel. VBA
プログラム、MS-Excel と外部のプログラムを連携させ試行手法の計算をコン
ピュータ上の CPU1 個だけで計算をするプログラム（以降、MS-Excel 連携
CPU 単独処理プログラムとする。）、MS-Excel と外部のプログラムを連携させ試行手法の計算をコンピュータ上にあるすべての CPU で計算するプログラム（以降、MS-Excel 連携 CPU 並列処理プログラムとする。）をそれぞれ Visual
Studio2019 で作成し、処理時間 1 秒あたりの試行回数（以降、処理速度とする。）求めて比較検討した。
その結果、幾何学モデルが、Core-shell sphere、Core-shell oblate ellipsoid、Core-shell circular cylinder へと幾何学図形のモデル自体が複雑になるにつれて処理速度が減少していく傾向にあった。しかし、MS-Excel. VBA プログラム＜MS-Excel 連携 CPU 単独処理プログラム＜MS-Excel 連携 CPU 並列処理プ
ログラムと、処理速度が格段に速くなる傾向になった。これにより、試行手法の処理速度を向上させるには MS-Excel 連携 CPU 並列処理が有効であることが見いだされた。
今後は、さらなる MS-Excel 連携 CPU 並列プログラムの精錬化および GPU
による汎用並列計算処理を導入して、ユーザーに対して経済的で利便性の高いプログラムを作成し、普及させていきたいと考えている。

P2-083M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
PF-BL27B

がん細胞への X 線照射後に放出される細胞外小胞解析
Analysis of extracellular vesicles on X-rays irradiatedcancer cells
大原 麻希 1、宇佐美 徳子 1、小野 健治 2、鈴木 弘美 2、澤田 誠 2
1 KEK-IMSS-PF, 2 名古屋大学環境医学研究所
細胞から分泌される細胞外小胞（extracellular vesicles; EVs）は核酸、タンパ
ク質、糖質、脂質などから構成され、内包されている機能性タンパク質やmiRNAなどにより細胞間の情報伝達を行い、抗原提示、アポトーシス、血管形成、炎症などの様々な生物学的プロセスに関与する。EVsは大きさや産生機構からエクソソーム(exosomes)、微小小胞体(microvesicles; MV)、アポト
ーシス小体(apoptotic bodies)に分類される。EVsはがん細胞における細胞間情報伝達にも活用されており、がん細胞由来EVs中にはがん特異的な核酸やタンパク質が存在し、血管新生や細胞浸潤・転移などのがん悪性化を促進することが報告されている。また、生物の放射線応答においてはバイスタンダ
ー効果の誘導に多数のEVs内包物が関与することが報告されているが、EVsにより運搬される機能分子は多種多様であり、EVsによる細胞間情報伝達ががん悪性化や放射線応答にどのように関係しているのかは明らかにされていない。
本研究では、がんの放射線抵抗性メカニズムとEVsの細胞間情報伝達の関係を明らかにするため、がん細胞から放射線照射後に分泌されるEVsを解析した。使用細胞は放射線抵抗性がんの悪性黒色腫細胞を用い、EVsを超遠心により分画し、粒径と粒子濃度を測定した。X線照射によりEVsの粒径、粒子数ともに増加傾向を示した。今後、放射線照射後のがん細胞から単離した
各EVsに含まれるシグナルペプチドの質量分析など、内包物の解析を行う予定である。放射線照射されたがん細胞のEVsの動態や細胞間情報伝達によるがん悪性化の機構が解明されることにより放射線がん治療への貢献が期待される。

謝辞：本研究は JST, CREST, JPMJCR17H3 の支援を受けて実施しましたP2-084M ＜生物物理, 生物化学（小角散乱等, L以外)＞
PF-BL-10C

連続滴定 X 線溶液散乱測定を利用した分子複合系における多成分平衡状態の解析
Analysis for the multi-component equilibrium incomplex molecular systems by using continuous
titration SAXS
米澤健人１、林有吾２、吉田桂人２、天野真治２、岡部龍二２、
清水伸隆 1、上久保裕生 1,2
１ KEK・物構研、２ NAIST・物質
蛋白質等の生体高分子は生体内において、複数の分子間で相互に連携することで高度な反応制御を行っている。このような分子ネットワーク内の反応制御機構を明らかにするためには、反応に関与する一連の生体高分子を含む混合溶液系に適用可能な分析法が必要となってくる。ITC や SPR 等の分子間相互作用解析は基本的には滴定実験によって行われる。対象が多対多になる場合も、原理的には滴定実験によって解析可能であるが、分子の存在比率が異なる多数の条件で実験する、すなわち、多次元の滴定実験を行う必要がある。本研究では溶液中における分子の構造情報を抽出することが可能な
X 線溶液散乱(SAXS)と滴定実験を組み合わせた測定手法(連続滴定 X 線溶
液散乱測定, Tit-SAXS)を用いて、複合体の形成反応の特徴と溶液構造の両方を明らかにする実験系の構築を目的とした。正確な Tit-SAXS を行うためには反応物の様々な濃度条件における状態変化を観測する必要があるため、高精度な濃度の見積もりと多点測定が要求される。この高精度な連続測定を実現するために、本研究ではμ流路型自動サンプリングシステムの開発を行い、Photon Factory の BL-10C への導入に成功した。ポスターでは本システムについて紹介する。

P1-096N ＜イメージング＞
PF-BL14B

機械学習による屈折コントラストＣＴのリングアーチファクト除去を目的とするシミュレーション実験
Simulation experiment for ring artifact removal ofrefraction-contrast CT by machine learning
黄卓然１、砂口尚輝１、島雄大介２、市原周３、西村理恵子３、岩越朱里３、
湯浅哲也４、安藤正海５
１ 名大、２ 北海道科学大、３ 名古屋医療センター、４ 山形大、５ CROSS
屈折コントラスト CT 法は，Laue 型アナライザー結晶(LAA)により僅かな屈折角を強度に変調するため，LAA の傷や歪みは投影画像に悪影響を与える．これらの影響は CT でリングアーチファクト(RA)となって現れる．RA を除去する方法として従来の CT では，単純な画像処理フィルタを組みわせた手法が広く利用されるが，消し残りや過剰な除去が発生しやすい．近年，機械学習を用いた RA 除去は，リング上の欠落した情報をある程度自然に回復できることから新しい手法として研究が盛んに進められている．しかし，機械学習法は RA の学習方法やコスト関数の設計しだいで結果が大きく変化するという課題を持
つ．
本研究では，屈折コントラストに基づく投影像を微分し，2 階微分像とした上で、再構成することで得られるラプラシアン CT の RA を除去することを目的に、機械学習のコスト関数としてラプラシアン像の既知情報を用いる新しい手法を提案する．機械学習法には敵対生成モデル（Generative Adversarial Network，
GAN）を用いる．GAN は画像生成を担当する generator と画像評価を担当する
discriminator からなるが，最適化を行うためのコスト関数には，ラプラシアン画
像の画素値の積算値が 0 になるという性質を組み込む．本提案法の有効性を示すために，屈折コントラスト CT のシミュレーションデータを作成し、本手法を適用後，従来の画像処理フィルタ法や機械学習法と RMSE や SSIM を比較す
る．

(a)
(b)
図１ 屈折コントラストに基づくラプラシアン CT 像、(a)処理前、(b)提案法

P1-097N ＜イメージング＞
BL-19AcSTXM 専用試料回転ホルダーの開発
Development of a Sample Rotation Holder
for cSTXM in Photon Factory
原野貴幸 1,2,3、武市泰男 1,2、大東琢治 1,4、信藤大祐 5、根本英治 5、
若林大佑 2、山下翔平 2、村尾玲子 3、木村正雄 1,2
1 総研大、2 物構研 PF、3 日本製鉄、4 UVSOR、5 神津精機
ゴム、ポリマーブレンド樹脂、炭素繊維、炭素繊維強化プラスチックなどの炭素材料の力学的特性は、各材料の欠陥と空間分布だけでなく、化学状態（官能基、分子軌道の配向を含む）の空間分布も重要な因子のひとつである[1、2]。走査透過型 X 線顕微鏡（STXM）は、化学状態の分布を約 50 nm の空間分解能で観察可能な X 線顕微鏡の一つである。ある分子軌道への励起に由来する X 線吸収強度は、X 線の偏光とその軌道の向きの相対関係により変化する[3]。 STXM と試料回転を組み合わせることにより、入射 X 線の光軸を中心に複数の角度で試料を回転させて、X 線吸収像を取得することで、約 50
nm 毎の X 線吸収強度の変化から、その位置における分子軌道配向の平均配向角度を算出し、その 2 次元分布を得ることができる。本研究では、BL-19Aに常設されている cSTXM [4]と互換性のあるサンプル回転ホルダー（Fig. 1）の性能を評価するために、天然球状黒鉛の炭素二重結合（C=C）に由来するπ軌道の空間分布を評価した結果について報告する。
[1] Watts B et al 2011 Adv. Funct. Mater. 21, 1122
[2] Harano T et al 2017 J. Phys.: Conf. Ser. 849 012023[3] Ohigashi T et al 2016 AIP Conf. Ser. 1741, 050002[4] Takeichi Y et al 2016 Rev. Sci. Instrum. 87 013704

FIGURE 1. (a) Developed sample rotation holder for cSTXM. (b) Pictureof the holder used in cSTXM.

P2-085N ＜イメージング＞
PF-BL14C

動的Ｘ線ベクトルラジオグラフィーの開発
Development of dynamic X-ray vector radiography○呉彦霖 1、木村賢二 2、大沼和親 2、蔡銘鑑 2、孫夢然 2、高野秀和 1、百生敦 1
1 東北大多元研、2 東北大院工
弱吸収物体を格段に高いコントラストで描出できるＸ線位相イメージングの重要性は広く認知されるようになった。なお、近年、科学技術の進展に伴い高速カメラの幅広い使用により、高感度・高時間分解能での X 線撮影法が求められている。Talbot 干渉計用いたＸ線位相イメージングは広いＸ線エネルギー
バンド幅で十分に機能でき、白色シンクロトロン放射光においても適用可能であるし、高速Ｘ線 CMOS カメラによる高速撮影と組み合わせることで、ミリ秒～
秒オーダー時間分解能での動的観察が可能であることを示してきた[1-6]。この手法では吸収画像、屈折画像、および散乱画像が一回の測定で得られるが、散乱画像は極小角散乱に起因するデコヒーレンス効果によるものであり、システムの空間分解能では解像できない微小構造体の分布を示す画像となる。干渉計を構成するＸ線格子の周期と同じ数ミクロンオーダーの構造体に対して最も感度があり、その前後でも広く感度領域がある。この程度のサイズを持つ空孔や繊維構造、亀裂がある材料に対して散乱像が有効である。また、試料あるいはＸ線格子を光軸に垂直な面内で回転をすることにより、Ｘ線散乱
ベクトル情報を付加した散乱画像が取得でき、これをＸ線ベクトルラジオグラフ
ィー（ＸＶＲ）法という。
本研究は、Ｘ線 Talbot 干渉計を用いたＸＶＲ法により、試料からの極小角Ｘ
線散乱に基づく散乱ベクトル情報をサブミリ秒の時間分解能で可視化し、更に動的撮影することを目的とした。
PF-BL14C において、試料が引張などの外力下におけるＸＶＲ法の高速撮影を行った。CR ゴムスポンジなどの有機材料・複合材料の外力による劣化、
特にボイドや亀裂の発生・伝播可視化への応用を試み、引張外力下での配向性の変化過程をサブ秒の時間分解能で観察することに成功した。
参考文献[1]. A. Momose et al., Opt. Express 17, 12540 (2009).
[2]. A. Momose et al., Opt. Express 19, 8423 (2011).
[3]. W. Yashiro et al., Appl. Phys. Express 10, 052501 (2017).
[4]. W. Yashiro et al., Appl. Phys. Express 11, 122501 (2018).
[5]. Y. Wu et al., SPIE Proc. 11113, 0Z (2019)[6]. K. Vegso et al., Sci. rep. 9 (1), 7404 (2019)

P2-086N ＜イメージング＞
PF／BL13A,BL16A

マルチスケール顕微鏡による磁気イメージング
Magnetic imaging by multiscale microscope
石井祐太 1, 小塚裕介 2, 山崎裕一 2, 中尾裕則 1

KEK 物構研放射光第一,NIMS
X 線を用いたイメージング技術は、目覚ましく発展しており、いくつもの顕微鏡の構想が提案され研究が行われている。一方で、これまでの X 線顕微鏡では、視野や分解能は設置した光学系で決定され変更できないことがほとんどである。そこで我々の研究グループでは、視野・倍率可変のイメージングを行うため、Fresnel 回折を利用したマルチスケール軟 X 線顕微鏡(図 1)の立ち上げを行なっている。
本研究では、視野・倍率可変を実現するために、X 線を光学素子により試料手前で集光させる配置を用いている。この光学系の場合、試料と焦点位置の距離を変えることで、異なる視野と空間分解能のイメージ像を得ることが可能になる。一方で、この配置では試料に入射される X 線は、もはや平面波では近似することができなくなり、Fresnel 回
折で記述できる領域になる。従って、Fresnel 回折に基づいて、実験で得られた回折像から、試料の実像を得る必要がある。
発表では、この顕微鏡を用いた磁性体の内部構造のイメージング結果と、
Fresnel 回折式を用いたシミュレーショ
ン結果について、その詳細を議論す
図 1. マルチスケール軟 X 線回折顕微鏡。
る。

P2-087N ＜イメージング＞
PF-BL14C

Ｘ線位相イメージングによる次世代電池のオペランド計測
In-operand measurement of next generation battery
using X-ray phase-imaging
平野辰巳 1、岸見光浩 1、森田昌行 1、安部武志 1、高松大郊 2、米山明男 2
1 京大、2 日立
１．概要：
電池の高容量化、高出力化、高密度化を実現するため、充放電中のイオン移動を可視化したいという要望がある。Ｘ線位相イメージング[1,2]は従来の吸収イメージングに比べ、リチウムやカーボンなどの軽元素領域において約３桁、測定感度が高い。本手法により、革新電池として開発が進められている空気亜鉛電池系の充放電中における電解液の密度変化を捉えることに成功した。
２．実験：
電池は負極：酸化亜鉛、正極：水酸化ニッケル、電解液：KOH(8M)＋飽和
ZnO 水溶液(1/4 希釈)からなる電池をガラス容器内でセル組し予備充電した。
Ｘ線位相イメージングは PF の BL14C で実施した。Ｘ線エネルギー：17.8keV、セルを 0.1C で充放電しながら、電極間：2mm、高さ：26mm、奥行き(Ｘ線透過距離)：9mm の電解液を含む領域(10.4×30.5mm)のＸ線干渉像を露光時間：4 秒、縞走査：5 回、干渉像：1000 枚、全計測時間：6.6 時間などの条件で撮影した。
縞走査したＸ線干渉像からＸ線位相像に変換した。
３．結果：
電解液の位相変化量(∝密度変化量)は充電により減少し、放電により増加する可逆的な変化を捉えることに成功した。この変化は電解液中の[Zn(OH)4]2-が充電(放電)により Zn が析出(溶出)し、電解液密度が減少(増加)したと解釈できる。さらに、充電においてセル下部領域の電解液の密度減少
はセル上部領域に比べて大きいことが明らかとなった。これは、セル上部はその上方にある電解液から[Zn(OH)4]2-が供給されることで、密度減少量が小さくなったと推測される。また、位相シフト量および充放電容量から算出した密度
変化量は各々、0.011 および 0.020 g/cm3 でほぼ同程度となった。
謝辞：本研究は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の革新型蓄電池実用化促進基盤技術開発（RISING2）の支援により実施した。
[1] A. Yoneyama, et al., Nucl. Instr. Methods Phys. Res. A, 523, 217 (2004).
[2] D. Takamatsu, et al., J. Am. Chem. Soc., 140, 1608 (2018).

P2-088N ＜イメージング＞
MLF-BL11

MLF BL11 PLANET における高圧中性子 CT の開発
Development of High-Pressure Neutron Computed
Tomography at BL11 PLANET
有馬寛 1 服部高典 2, 佐野亜沙美 2, 町田真一 1, 阿部淳 1, 舟越賢一 1
1CROSS, 2 原子力機構 J-PARC
MLF BL11 PLANET では高温高圧下における試料のマクロ情報を得ることを目的として高圧中性子イメージング環境の整備を進めている。観察手法のひとつであるトモグラフィ測定（CT）では 2 次元分布の回転角依存性を測定（順投影）することで 3 次元分布を再構成（逆投影）する。高圧下での CT では
高圧装置の柱によって撮影可能な角度範囲が制限される。このことから再構
成においてよく用いられるフーリエ変換による解析的手法では偽像が生じることが問題となる。一方、逆投影と順投影の反復によって数値解を求める手法として逐次近似法がある。逐次近似法による CT 再構成の利点は撮影枚数や角度範囲が限定される場合において偽像が低減されること、再構成の過程で物理モデル（例えばビーム発散や散乱）を考慮できることである。 そこで本研究では Paris-Edinburgh プレスを用いた高圧 CT 試験測定を行い、逐次近似法による中性子吸収係数の 3 次元再構成を検討した。
測定は J-PARC MLF BL11 にて行った。試料として 2×3×3mm3 の直方体状の鉄を用いた。圧媒体には鉛、ガスケットには TiZr 合金、アンビルには WCを用いた。圧力 5 GP かつ室温において中性子 CT 測定を行った。角度ステッ
プ１°および撮影時間 10 分/ステップとし、130°の連続した回転角度範囲で131 枚 の 画 像 を 取 得 し た 。 再 構 成 は 乗 法 的 Algebraic Reconstruction
Technique(ART 法)による逐次近似法を用いた。
再構成像からガスケット内の鉄試料形状が観察できた。CBP 法による解析解を用いた再構成像は測定角度範囲の制約により、試料形状が歪んだ。一方、逐次近似法を用いた場合は偽造の発生がおさえられた。再構成像から求めた線吸収係数は鉄試料について、1.13 cm-1 であった。5 GPa での鉄の密度から求めた計算値（1.11 cm-1）と誤差 10%以内で一致した。ART 法による撮影
枚数の少量化（測定時間の短縮）やビーム発散の影響除去（像の先鋭化）について検討をすすめている。

P1-098O ＜医学応用＞

Phase unwrapping algorithm using convolutional neural networkin phase-contrast computed tomography
K. Kato1, K. Hyodo2, A.Yoneyama3, and T.Yuasa1
1
Yamagata University, 2High Energy Accelerator Research Organization
3
Saga Light Source
The phase contrast computed tomography is considered to be highly
effective when the subject is a soft tissue. This is because the phase change
when X-rays pass through the object is clearer than the absorption change.
In this case, since the projection data is obtained in a wrapped state, anunwrap process for connecting discontinuous line segments is necessary.
However, complete unwrapping is difficult because the discontinuous line
segments are cut off due to measurement noise and interferometer defects inthe actual observation system. In this study, we focused on deep learning,and proposed a phase unwrapping method using convolutional neuralnetwork, which has an excellent effect in image discrimination, andexamined its effect.

P1-099O ＜医学応用＞
BL-14C、NE7A

微小血管系診断システムの特性評価
Evaluation of X-ray micro-angiography system
at BL-14C and NE7A
兵藤一行１,2、亀沢知夏 1,2,3、松下昌之助 4
1 KEK 物構研放射光、2 総研大、3 東北大、4 筑波技術大
我々は、血管系そのものの機序解明や高血圧、がんなどの生活習慣病に関する知見の獲得を目的として、非対称反射光学素子（Si 結晶）によって得られる放射光単色Ｘ線の一軸方向を幾何学的に拡大して二次元照射面を形成
し、二次元Ｘ線検出器（CCD、CMOS、HARP、PILATUS）を利用して二次元動画像を得ることができる微小血管系診断システムの開発を BL-14C、NE7A で実施してきた。
図１には、微小血管系診断システムの概念図を示す。上記検出器を利用することで、小動物の直径 100 ㎛ 程度以下の血管系を描出することが可能である。血管系診断では、血管の形状や血流などの時間的変化を評価することも重要であり、目的とする情報を得るために放射光単色Ｘ線、検出器の物理的特性、それらを考慮した画像処理は研究上の重要なパラメータとなっている。
また、医学試料を対象とするＸ線イメージングでは、画像情報を得るうえで被写体への被ばく線量を考慮しなければならない場合も多い。
今回、偏向電磁石ビームライン PF-AR NE7A および縦型ウイグラービームラ
イン PF BL-14C において、吸収コントラストイメージング法で得られる微小血管系画像に関して目的とする情報を描出するためのイメージングシステムに関する特性評価、画像処理に関する検討を行ったので報告する。

Monochromatic X-rays
33 keV
Detector
X-ray shutter
Filter

Si crystal

図１. 微小血管系診断システムの概念図

P2-089O ＜医学応用＞
ＰＦ－ＢＬ１４Ｃ

骨密度検査のＤＩＰ法に関わる単色Ｘ線と診断用Ｘ線との比較
Comparison between monochromatic X-rays and diagnostic X-rays related to
the DIP method for bone density test
木村 千里 1)，山内 俊明 2)，西郷 洋子 3)，兵藤 一行 4)1) 帝京大学 医療技術学部 診療放射線学科
2) 神奈川工科大学 情報学部 情報メディア学科
3) 帝京大学医学部附属病院 中央放射線部
4) 高ｴﾈﾙｷﾞｰ加速器研究機構 物質構造科学研究所 放射光科学研究施設【背景・目的】
骨密度検査の DIP（Digital Image Processing）法は、骨粗鬆症の診断・予防に対して一般的に行われている検査である。
臨床において DIP 法は診断用Ｘ線により行い、DIP 法の検査結果の基準は
日本骨代謝学会より示されて、この基準から骨密度の判定が行われている。
本研究では単色Ｘ線の実験結果と臨床の基準とを比較することにした。
【方法】《単色Ｘ線による DIP 法用画像の作成》
ＦＰＤに人骨ファントム（右手部）を密着させ、単色Ｘ線（PF BL-14C 33keV）を右中手骨の中央付近に向けて１秒間照射した（４画像）。
《単色Ｘ線による DIP 法用画像のピクセル値測定》
Image J を用いて４画像の右第二中手骨の中央付近（測定範囲：骨幅方向８mm・骨長軸方向７mm）のピクセル値を測定した。そして、４画像のピク
セル値の平均値を求めた。
《単色Ｘ線による DIP 法用画像のピクセル値とアルミニウムステップの関係》
平均ピクセル値に相当するアルミステップの厚さを読み取った。
【結果・考察】① 平均ピクセル値に相当するアルミニウムステップの厚さは、７mm 程度と読み取ることができた。
② 臨床の基準では、右第二中手骨のアルミニウム厚は２～３mm 程度とされている。
③ 実験結果と臨床の基準でアルミニウム厚に差が生じたことは、検討課題と捉えられる。
④ 臨床では診断用Ｘ線（管電圧：50kV）を使用することにより、連続スペクト
ルＸ線の影響が推測される。
⑤ DIP 法の精度向上を考えると、この検討課題は解明すべきと判断する。

P1-100P ＜産業応用＞
MLF-BL20

粉末中性子回折による Mn フェライト粒子の構造解析
Structural analysis of Mn ferriteby neutron powder diffraction
間下武彦 1，大槻倫成 1，鈴木沙也加 1，桑原慶太郎 1，
石井一隆 2，安賀康二 2，森井幸生 3，星川晃範 3，石垣徹 3
1. 茨城大学， 2. パウダーテック(株)， 3. 茨城大フロンティアセンター
スピネル MgAl2O4 と同じ構造（空間群 Fd-3m）を持つスピネル型フェライト
MFe2O4 は磁性材料として広く用いられている。スピネル型フェライトは 4 個の酸素イオンが作る四面体中の A サイト（8a サイト）、6 個の酸素イオンが作る八面体中の B サイト（16d サイト）の間に働く強い超交換相互作用によって、通常室温より高いキュリー温度でフェリ磁性秩序を示す。その中で、Mn フェライトは大きな磁気モーメントを持ったキュリー温度約 300℃のフェリ磁性体であり、多様な産業利用がなされている。パウダーテック社では、コピー機・プリンターなどで用いられる電子写真用キャリアとして Mn フェライトを製造しているが、製造工程のわずかな違いにより、組成や磁気特性の異なるフェライトが出来る場合のあることが X 線回折実験及び磁化測定等により分かってきた。実際、製造条件の違いによって、格子定数、両サイトに混在する Mn と Fe の占有率、酸素の座標、磁気特性、等が変化することが過去の Mn フェライトの研究からも報告されている。中性子を使った Mn フェライトの構造研究は古くは Hastings
等による中性子回折実験[1]以降、既に数多く試みられているが、生産レベルで作製された Mn フェライト粒子の中性子構造解析を今回試みた。
中性子回折実験は、J-PARC/MLF の BL20 iMATERIA において、バナジウ
ム製真空高温炉を利用し、室温から 400℃までの温度範囲で行った。粉末試料は、パウダーテック社において最も標準的な方法で作製された Mn フェライト粒子を用いた。実験により得られた常磁性相及び磁気秩序相の回折データのリートベルト解析を現在行なっており、その結果について報告する。

[1]J. M. Hastings and L. M. Corliss, Phys.Rev. 104, 328 (1956)

P1-101P ＜産業応用＞
MLF-BL17

機能性高分子コンソーシアムに向けた薄膜材料の構造評価システムの構築
Development of thin-film structure analysis system
for the functional polymer consortium
宮田 登 1、吉田鉄生 1、吉良 弘 1、笠井 聡 1、有馬 寛 1、野間 敬 1、
宮崎 司 1、青木裕之 2,3
１ CROSS、２ JAEA- J-PARC センター、３ KEK-物構研
機能性高分子薄膜材料は粘着剤やリソグラフィーのレジストなど幅広く用いられているが、その高機能化に向けて高温高湿環境や各種溶媒中での膜構
造や基板との界面の構造の変化を評価することの重要性が増している。中性子反射率法はナノオーダーで薄膜の深さ方向の構造が非破壊で評価でき、また基板側から反射率を測定することが可能で特に固液界面の構造評価に力を発揮することからこれらの評価に非常に有効な手法である。機能性高分子
コンソーシアムでは、J-PARC MLF BL17 に設置された中性子反射率計「写楽」で温度や湿度などの環境条件を変化させたときの薄膜材料の構造変化を評価している。測定の高度化に向けて各種中性子反射率測定用セルの開発
や、オフラインでも実施可能な薄膜試料の評価システムの構築を進めている。
中性子反射率測定用には温度可変な固液界面セル（100℃未満）やより高温域まで加熱可能なセル、また溶液を注入したり湿度を可変とすることで雰囲
気や環境を可変とするセルの開発を進めている。これらのセルはより快適に、
より安全に実験が進められるように MLF の既存インフラである装置制御シス
テム IROHA/IROHA2 やインターロックシステムなどにも対応させている。また、
既存の X 線回折装置を改造した X 線反射率装置の整備や分光エリプソメトリ
ーの活用を進めており、中性子ビームタイム以外でも薄膜試料の評価が可能になることを目指している。

P2-090P ＜産業応用＞

産総研での小型中性子源用電子加速器の開発状況報告
Current status of the development of an electron
accelerator for a compact neutron source at AIST
オローク ブライアン 1,2, 大島 永康 1,2, 小川 博嗣 1,2, 帯名 崇 3,
加藤 英俊 1,2, 木野 幸一 1,2, 黒田 隆之助 1,2, 佐藤 大輔 1,2, 宍戸 玉緒 2,
鈴木 良一 1,2,清 紀弘 1,2, 田中 真人 1,2, 豊川 弘之 1,2,友田 陽 1,2,
濁川 和幸 3, 林崎 規託 1,2,4, 藤原 健 1,2, 古川 和朗 3, 古坂 道弘 1,2,
満汐 孝治 1,2, 室賀 岳海 2, 渡津 章 1,2
産業技術総合研究所*1、新構造材料技術研究組合*2、
高エネルギー加速器研究機構*3、東京工業大学*4
新構造材料技術研究組合（ISMA）では、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託事業「革新的新構造材料等研究開発」の下、産総研つくばセンターで、輸送機器の構造材料・部品などの非破壊分析向けの小型電子加速器中性子源を用いたコンパクトな中性子解析装置を構築し、現在その本格運転に向けて加速器運転パラメーターの調整を進めている[1]。本装置は、ブラッグエッジイメージングに適したパルス中性子
ビームを発生させ、鉄鋼等構造材料開発やマルチマテリアル化接合技術
開発に活用する[2]。
電子加速器は，S バンド（2856 MHz）加速管 3 本を用いて、約 35 MeVまで加速する。電子源には小型 DC 熱電子銃と高周波追加速方式を組合わせた S バンド小型電子源を採用し、ビーム電流は最大～275 mA を得る。
電子ビーム（最大パワー約 10 kW 、パルス構造：100 Hz, 10 s)を、水冷のタンタル製ターゲットに入射し、光核反応によって中性子を発生する[3]。本発表では、開発した加速器とその運転状況を紹介する。
この成果は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託事業革新的新構造材料等研究開発の結果により得られた
ものです。
参考文献
[1] NEDO ニュース「輸送機器の構造材料・部品分析向けに小型中性子解析装置を開発」（2020/01/22）
https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_101275.html[2] K. Kino et al., Nucl. Instrum. Methods in Phys. Res. A 927 (2019) 407–418[3] B. E. O’Rourke et al., Nucl. Instrum. Methods in Phys. Res. B 464 (2020)
41–44

P2-091P ＜産業応用＞
PF BL12C

昇温 in situ XAFS を用いた
LIB 正極の化学状態の熱安定性評価
in situ XAFS Investigation for Thermal Stability of
LIB Positive-Electrode尾﨑孝一、八尋惇平、国須正洋(株)東レリサーチセンター

Absorption (a.u.)

リチウムイオン電池（LIB）は、ノートパソコンや携帯電話などの電子機器や、電気自動車など、より身近に、幅広く使用されていることから、LIB の安全性を確保することは重要な課題となる。今回、安定性評価の１つとして、正極材における熱安定性と、含まれている遷移金属の化学状態や構造の関係を評価することを目的とし、正極材の昇温 in situ XAFS 分析を実施した。
実験では、LIB 正極材として Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 を選定した。正極材は、対極に Li 箔を用いて試験セルを組み、4.2 V まで充電を行った。充電後、不活性雰囲気下で試験セルから正極材を採取し、測定試料（充電品）とした。また、リファレンスとして、未充電の正極材（未充電品）も用意した。正極材は、室温付
近から 400℃まで加熱を行いながら、各温度で Ni K 端および Co K 端の XAFS
測定を行った。XAFS 測定は、高エネルギー加速器研究機構の放射光実験施
設（PF） BL12C にて実施した。
図１には、充電品について、室温および 250℃加熱、400℃加熱で測定を行った Ni K 端 XANES スペクトルを示す。室温で測定を行った試料について、吸収端立ち上がり位置が 8340 eV 付近に認められた。250℃加熱および 400℃
加熱の正極材では、室温で測定を行った試料よりも、吸収端が低エネルギー側にシフトし、温度が高いほど、シフト量も大きかった。充電品では、加熱によって、Ni の価数が低価数に変充電品化したことが確認できる。一方、
1.5
室温
未充電品では加熱による Ni の価数の変化は認められなかっ
250℃加熱1.0
た。正極材に含まれる Ni は、
400℃加熱充電品と放電品で熱安定性が異なっていることが示唆される。
0.5
発表では、Ni および Co の両面から昇温過程における化学状
0.08325 8330 8335 8340 8345 8350 8355 8360
態や構造の変化について詳細
Energy (eV)に議論した結果を報告する。
図 1. 室温および 250℃加熱、400℃加熱の
LIB 正極Ni K 端 XANES スペクトルP1-102Q ＜基礎物理（素粒子・原子核）＞
MLF-H2

ミューオン線型加速器中におけるスピンダイナミクスシミュレーション
The Spin Dynamics Simulation in the Muon Linac
安田浩昌 1, 飯沼裕美 2, 大谷将士 3, 河村成肇 3, 北村遼 4, 近藤泰弘 4,2,
齊藤直人 5, 佐藤優太郎 3, 須江祐貴 6, 竹内佑甫 7, 中沢雄河 2, 三部勉 3,
山崎高幸 3, 森下卓俊 4, 四塚麻衣 6
1 東大理, 2 茨大理工, 3KEK, 4JAEA, 5J-PARC センター, 6 名大理, 7 九大理
2000 年頃にブルックヘブン国立研究所(BNL)で行われた先行実験[1]より、ミューオンの異常磁気能率(g-2)の実験値と標準模型による計算値[2,3]の間に３σを超える乖離が 10 年以上に渡って存在している。これは標準模型を超えた物理の存在を示唆しており、新物理による影響を支持している。この実験結果を検証するためにも、高精度かつ独自の方法による測定が不可欠である。
J-PARC E34 実験では先行実験とは異なる独立な手法でのミューオン g-2 及び電気双極子能率(EDM)の測定を目指している。本実験では、室温ミューオンを加速した低エミッタンスミューオンビームによる測定を行い、最終的には g-2 を 0.1 ppmの精度、EDM を 10-21e・cm の感度を目指す[4]。
従来の実験における系統誤差要因としては、ビームダイナミクスによる影響が大きく占めており、本実験ではミューオン線型加速器による低エミッタンスミューオンビームの生成でこれを解決できる。一方、過去の実験では検討されていなかったスピンとビー
ムのダイナミクスに相関があった場合をシミュレーションしたところ、スピン方向と運動量分布に相関がある場合、ミューオン g-2 の測定値を系統的にズラしてしまう効果があることを発見した。この新しい系統誤差要因に関して調べるため、線型加速器中のミューオンスピンのダイナミクスに関してシミュレーションした。
線型加速器中でのスピンダイナミクスのシミュテーションは過去に行われた実績がな
く、本研究で新たに開発すべき要素であるが、これを既存の粒子追跡シミュレーショ
ンソフトウェアと組み合わせることによって可能にした。
本講演ではビームとスピンのダイナミクスに関連する新しい系統誤差の提案および、
ミューオン線型加速器中におけるスピンダイナミクスシミュレーションの結果について報告する。
[1] G.W.Bennett et al., Phys. Rev. D73, 072003(2006)[2] A. Keshavarzi et al., arXiv:1911.00367[3] M. Davier et al., arXiv:1908.00921[4] M. Abe et al., Prog. Theor. Exp. Phys. 2019, 053C02 (2019)

P1-103Q ＜基礎物理（素粒子・原子核）＞NU1

全身 MRI 用磁石技術を応用したビーム捕捉用超伝導磁石の精密操作
Precise Operation of Superconducting Magnet
for Beam Capture Applying Whole-body MRI Magnet
Technology
杉田萌１、佐々木憲一２、阿部充志 2、飯沼裕美 1、
山口博史 2、 三部勉 2、荻津透 2、大金千織 1、齋藤真慶 3、下村浩一郎 2
１ 茨城大学、２ KEK、３ 東北大学
J-PARC で行われている MuSEUM 実験において、基底状態のミューオニウ
ムの超微細構造（HFS）を正確に測定するために[1]、1.7 T の高均一磁場でミューオンを捕獲するための実験環境を開発する必要がある。この実験で要求される磁場の空間均一度は、回転楕円体の内部領域（半径 20cm、長さ30cm）において±0.1 ppm 未満である。この目標を達成するために、全身 MRI
用超電導磁石を使用した磁場の受動型シミング技術が開発されている[2] [3]。
本発表において議論する 2 つのトピックのうち、1 つ目は永久電流モードで運用中の温度変化によって引き起こされる長期的な磁場変動の定量的評価である。2 つ目は、磁性流体を使用したシミングの実行可能性の検討である。磁性流体は液体で、かつ同じ体積の鉄に比べて小さい磁化をもつため、磁場の微細な調整を可能にする効果が期待されている。
鉄シムは、磁石内部の静磁場の均一性を調整するために使用され、これらは超電導磁石のボア内面に配置される（Fig. 1）。そして、室温の変化は支持構造が熱膨張することによる鉄シム位置の変位と、Bloch T3/2 の法則による鉄の磁化率の変化を引き起こす。そのため、磁場の精密制御には、長期動作における温度変化の影響を考慮する必要
シムトレイ支持構造がある。今回は、支持構造に埋め込ま
シムトレイ
れた傾斜磁場コイルに通電し、支持構造の温度を変化させながら、磁石中心の磁場変化測定を行った。また、従来のボア径:鉄を使用したシミングよりも高精度な磁0.68 m
場調整を目指して、磁性流体を使用した
クライオスタット + 超電導磁石
シミングの実現可能性に関する実験を行っている。
Fig. 1 全身 MRI 用超電導磁石[1] T. Tanaka et al., J. Phys. Conf. Ser. 1138 (2018) 012008.
[2] M. Abe et al., in Proceedings of the PASJ. (2019) THOH07.
[3] M. Sugita et al., in Proceedings of the ACASC. (2020) ７P-34.

P1-104Q ＜基礎物理（素粒子・原子核）＞MLF-D2

クリプトンヘリウム混合ガス中におけるミュオニウム超微細構造精密分光
Precision spectroscopy ofmuonium hyperfine structure using Kr-He mixing gas
瀬尾 俊１、２ for MuSEUM collaboration
1 東京大学、２ 理化学研究所
MuSEUM (Muonium Spectroscopy Experiment Using Microwave)グループは
ミュオニウムの基底状態における超微細構造(MuHFS)の精密分光実験を進行中である。ミュオニウム(Mu)とは正ミュオンと電子とのレプトン二体系であり、水素様原子の一つである。核子の有限体積効果がないため、水素原子と比べて理論計算と測定結果を高精度で比較することが可能であり、束縛系 QEDの精密検証や標準模型を超えた相互作用の探索に適した系である。LAMPFで行われた先行実験[1][2]での支配的な不確かさは統計的不確かさであった。
MuSEUM グループは、加速器施設 J-PARC において世界最高強度のパルス
ミュオンビームを用い、先行実験の 10 倍の精度改善を目標としている。
本実験手順を以下に説明する。Kr ガス中に偏極ミュオンを静止させ、ミュオ
ンが Kr 原子から電子を受け取ってミュオニウムを生成する。そこへマイクロ波を印加することで超微細構造間の遷移を誘起する。ミュオンは寿命約 2.2 µs で崩壊し、陽電子を放出する。この陽電子はミュオンのスピン方向により多く放出されやすい。マイクロ波の周波数を掃引しながら崩壊陽電子数を計測する
ことにより、遷移周波数を決定する。
先行実験において支配的であった系統的不確かさの一つが、ガス標的の圧力変動や圧力測定精度に由来する不確かさであった。MuHFS は Mu 原子と標的ガス原子の衝突によりガス圧力に依存するため、複数の圧力で測定し真空外挿する必要があり、これに伴いガス圧力由来の不確かさが生じる。10 倍の精度改善のためにはこれを抑制する必要があり、そのために MuSEUM グルー
プは 2019 年の測定において Kr ガスの代わりに Kr と He の混合ガスを用いた。
Kr 原子は遷移周波数を減少させるのに対し、He 原子は増大させることが水素の超微細構造測定において見られており[3]、MuHFS に関しても同様と考えられたことから Kr-He 混合ガスはその圧力依存性を相殺できると期待したためである。本講演では 2019 年度ビームタイムにおける測定について報告する。
[1] D. E. Casperson, et al., Physics Letters 59B 4 (1975).
[2] W. Liu, et al., Physical Review Letters 82 711 (1999).
[3] B. K. Rao, et al., Phys. Rev. A 2(4), 1411(1970).

P1-105Q ＜基礎物理（素粒子・原子核）＞MLF-D2

高磁場におけるミュオニウム超微細構造測定のための磁場測定器開発
Development of magnetic field detection system forthe muonium hyperfine structure measurement withhigh magnetic field田中 陶冶 1,2 for MuSEUM collaboration
1
東京大学総合文化研究科 2 理化学研究所
MuSEUM(Muonium Spectroscopy Experiment Using Microwave)グループはミュオニウム
基底状態の超微細構造(MuHFS)の精密測定を行なっている。正ミュオンと電子の基 底状態であるミュオニウムはレプトンのみからなる水素様原子であるため、その超微細構 造は量子電磁気学の理論計算で高精度に決定される。そのため精密測定の結果を理論値と比較することにより、量子電磁気学の厳密な検証が可能となる。現在 MuSEUM グループでは極小磁場における MuHFS 測定を J-PARC で行なっているが、将来建設される大強度
ミュオンビームラインである H ラインの実装にあわせて 1.7 T の磁場を用いた測定を計画中である。この測定では、磁場によるスピン準位のゼーマン分裂を起こし、MuHFS に加えてミ
ュオン-陽子磁気モーメント及びミュオン-電子質量比が導出される。特にミュオン-陽子磁気モーメント比に関しては、現在理論値と測定値が 3.7σ 乖離しているとされている[1][2]ミュオン異常磁気能率(ミュオン g-2)の測定値を決定するために必要な外部パラメータであるため、精密測定が重要となる。
高磁場における MuHFS の先行研究での主な不確かさは統計量の不足であったが、次に大きかったのはミュオニウム生成領域での磁場の不均一性による系統的不確かさであった[3]。そのため、標的領域での磁場均一性を評価する高精度 NMR 磁場測定器の開発が不可欠である。MuSEUM 測定ではミュオニウムが生成される領域(直径 100mm、長さ300mm の回転楕円体)で 0.1 ppm の磁場均一性を実現することを目標としており、そのた
め回転楕円体の表面における磁場を多チャンネルで同時読み出し可能な磁場測定器開発を行っている。米国フェルミ研究所におけるミュオン g-2 測定のグループと協力し、共通の電磁石を用いて互いの測定器をクロス・キャリブレーションするプロジェクトが進行中である。
2019 年に試験測定を行い、2020 年中に測定の確度を評価する予定である。本発表では磁場測定器開発と性能評価に関する進捗を報告する。
[1] A. Keshavarzi, D. Nomura and T. Teubner, Phys. Rev. D 97 114025 (2018). [2] G.W.
Bennett et al., Phys. Rev. D73 072003 (2006).
[3] W. Liu et al., Physical Review Letter 82 4 (1999).

P1-106Q ＜基礎物理（素粒子・原子核）＞
MLF-H2ミュオン線形加速器実現に向けた
IH-DTL プロトタイプによるミュオン加速の現状
Current state of the muon acceleration with IH-DTL
prototype for muon accelerator
中沢雄河１、飯沼裕美１、岩下芳久２、岩田佳之３、Cicek Ersin４、５、大谷将士５、河村成肇５、北村遼６、近藤恭弘６, 1、齊藤直人７、須江祐貴８、竹内佑甫９、
長谷川和男６、林崎規託１０、三部勉５、森下卓俊６、安田浩昌１１、山崎高幸５、
吉田光宏５、四塚麻衣８
１ 茨大理工、２ 京大理、３ NIRS、４ Siirt 大、５ KEK、６ JAEA、
７ J-PARC センター、８ 名大理、９ 九大理、１０ 東工大、１１ 東大理
２０００年初頭に米国ブルックヘブン国立研究所のＥ８２１実験において、ミュオンの異常磁気能率(g-2)の実験値[1]が素粒子標準模型による理論値[2,3]から３σ以上の乖離があることが示された。このズレに標準理論を超える物理の兆しが潜むと期待されている。
J-PARC では先行実験とは異なる独立な方法で検証するための新しい高精度測定(J-PARC E34 [4])が計画進行している。E34 実験では超低速ミュオンを
ミュオン線形加速器にて再加速することによって生成される低エミッタンスのミュオンビームを用いることで高精度な測定を目指す。
ミュオン線形加速器の低速部領域には IH 型ドリフトチューブ線形加速器（IHDTL）を採用しているが、IH-DTL でのミューオン加速は前例がないため原理
実証が不可欠である。我々はミューオンを運動エネルギー0.34 MeV から 1.3
MeV まで加速する運転周波数 324 MHz の IH-DTL プロトタイプ空洞を開発し、加速試験の準備を整えた。本発表では、J-PARC MLF H ラインにて計画している IH-DTL プロト
MCP Det.
タイプに よるミュー
IH-DTL
Electrostatics
RFQ
prototype
accelerator
オン加速実証の実現性を示し、実証試 µ+
験に向けた準備状
Diagnostic beamline
況について述べる。
Slow Mu-

Fig. 1: Schematic drawing of the setup of the muon acceleration
experiment with the IH-DTL prototype.

[1] G. W. Bennett et al., Phys. Rev. D73, 072003 (2006).
[2] A. Keshavarzi et al., Phys. Rev. D 97, 114025 (2018).
[3] M. Davier et al., arXiv:1908.00921.
[4] M. Abe et al., Prog. Theor. Exp. Phys. 2019, no 5, 053C02 (2019).

P1-107Q ＜基礎物理（素粒子・原子核）＞

Design of active shield multipole magnets for precise control
of muon beam in the injection volume
Hiromi IinumaA, Chiori OhganeA and Mitsuchi AbeBA) Ibaraki University, B) KEK
E Mail/ hiromi.iinuma.spin@vc.ibaraki.ac.jp

ABSTRACT
In order to explore the beyond standard model of elementary physics, we are engaged in a new
fundamental physics experiment at J-PARC/MLF muon beam line. In order to measure themuon spin precession frequency in the level of sub-ppm, a relativistic energy of muon beam is
injected into a precisely adjusted storage magnet of sub-ppm uniformity by applying medical
MRI magnet technologies. One of major technical keys of this experiment is to perform a threedimensional spiral injection scheme to guide and control the relativistic muon beam into a
compact storage ring of 0.66 m diameter and field strength is 3T. In this poster presentation, we
will introduce a basic design of an active shield multipole coils which allow us to apply finetuning of the beam trajectory without disturbing the magnetic field in the beam storage volume.
We also discuss detailed specifications of the prototype production in our test bench study.
Keywords: beam steering; MRI magnet technology; muon beam; shield coil; three-dimensional
spiral injection;

P1-108Q ＜基礎物理（素粒子・原子核）＞
ミューオン g-2/EDM 実験のための 3 次元らせんビーム入射の実証実験の現状報告
The status report of demonstrative experiment of 3D spiral beam injection for muon
g-2/EDM experiment
新しいビーム入射手法である 3 次元らせん入射技術を実証するために、電子ビームを小型ソレノイド磁石への入射するテスト実験に取り組んでいる。本発表では、Qscan 法によるエミッタンス測定結果、および実験の鍵であるビームの水平方向と鉛直方向の運動の結合（XY 結合）と蓄積後のビーム運動の相関の評価を行う。これらの結果をもとに実機の J-PARC ビームラインでの設計にどのように反映すべきかを議論する。また、電子ビームの最終的な蓄積に必要なパルス磁場発生装置の仕様についても議論する。(226字)P2-092Q ＜基礎物理（素粒子・原子核）＞
MLF, S1

Generation of Ultra Cold Muonium from Silicon into
Vacuum*Amba Datt Pant1,2, Katsuhiko Ishida3, Naritoshi Kawamura2, Shiro Matoba 2
Koichiro Shimomura2
1
Institute of Quantum Beam Science, Ibaraki University, Mito, 2 IMSS, KEK,
3
Advanced Meson Science Laboratory, RIKEN, Japan*Email: amba.datt.pant.phys@vc.ibaraki.ac.jp
The search of new material for production of ultra cold muonium has
important applications –target material for generation of ultra slow muon beam
[1] for nanoscience, understand the H dynamics in materials, etc. In order tosearch the material, we performed muon spin rotation and relaxation
measurement in N-type Si at low temperatures using positive muon in MLF,
J-PARC. When muon incidents on materials, based on property of material, insome cases it picks up an electron and forms muonium (Mu = e). The Mu
having low thermal energy (~ eV) is called as ultra cold muonium (UCM). The
intense UCM generation material helps to produce intense and coherent slow
muon beam for development of instrumentations (transmission muon
microscope, ultra slow muon microscope) developing in J-PARC and, muon
g-2/EDM experiment, and explore fundamental surface science.
So far, hot tungsten (~ 2000 K) [2] and silica-aerogel (at room temperature)[3] are two candidate materials noticed for relatively higher Mu yield. If we
discover new material that can produce Mu at low temperatures (~ 20 K), theenergy spread will be lowered by 10 times with respect to silica aerogel. And
such low energy spread slow muon will help to study nano-science.
During measurement, we set the momentum of muon beam in such a waythat the all muon can stop only in Si or half-half in Si and Ag sheet set
downstream. In N-type Si, we observed the significant Mu signal at low
temperatures (<10K) however no Mu signal is observed at room temperature.
The Mu formed near rear surface (half-half stop case) has larger relaxation rate
than that of Mu formed inside Si (full stope case). The difference is larger at low
temperatures. One possible interpretation of the difference in rates is due todesorption (coming out) of Mu from rear surface of the Si. Detail result of thestudy will be discussed in the program.
References:1) K. Nagamine et al., PRL 74 (1995) 4811.
2) A. P. Mills et al., PRL 56 (1986) 1463.
3) G. A. Beer et al., Prog. Theor. Exp. Phys. (2014) 091C01.

P2-093Q ＜基礎物理（素粒子・原子核）＞
SPF-B1

高速レーザー冷却を目指した
ポジトロニウムのレーザー励起
Laser Excitation of Positronium for
Rapid Laser Cooling
周健治１、４、山田恭平１、橋立佳央理１、４、石田明１、難波俊雄２、浅井祥仁１、
五神真１、田島陽平３、蔡恩美３、吉岡孝高３、大島永康４、オロークブライアン４、満汐孝治４、伊藤賢志４、熊谷和博４、鈴木良一４、藤野茂５、兵頭俊夫６、望月出海６、和田健７、甲斐健師８
１ 東大-理、２ 東大-素粒子センター、３ 東大-工、４ 産総研、
５ 九大-ＧＩＣ、６ KEK-放射光、７ 量研機構、８ 原子力機構

反物質系で初のボース・アインシュタイン凝縮（BEC）を実現し、反物質には
たらく重力効果の精密測定や、ガンマ線レーザー光源の開発に応用すべく研究を行っている。電子とその反粒子である陽電子の束縛系であるポジトロニウ
ム（Ps）は、最軽量の原子であり、密度 1018 cm-3 での BEC 臨界温度が約 10 Kと高いため、反物質系 BEC 実現の有力候補である。但し、Ps は三重項でも
142 ns の寿命で自己消滅するため、生成した高密度 Ps を寿命よりも十分早い
時間内で 10 K 以下まで冷却する必要がある。そこで我々は Ps を多孔質シリカ中に閉じ込め、シリカ壁との散乱による Ps 冷却（熱化）と、243 nm 紫外レーザーを用いた Ps の 1S-2P 状態間遷移によるレーザー冷却の２手法を併用することで Ps を高速冷却する手法を新たに提案した。世界初の Ps レーザー冷却実現を目指し、KEK-SPF-B1 ビームラインにて実験を行っている。
実験により、(1)輝度増強システムの要となる陽電子磁気集束レンズのプロ
トタイプ測定を行い、フラックスを 3.5 倍増強することに成功、(2)Ps 生成・濃縮・冷却材としてシリカエアロゲルを試験し、真空中で 1S-2P 遷移によるドップラ
ー拡がり温度測定に成功、(3)2P 状態の Ps が空孔中で瞬時に消滅してしまう
ことを観測した。また東大において (4)長パルス (>300 ns) かつ広帯域 (8.5GHz) 高パワー (6 μJ) の Ps 冷却用プロトタイプレーザー (波長 243 nm) を開発した。今後、まず真空中での Ps レーザー冷却を実現し、Ps-BEC やガンマ線レーザー実現を目指す。ポスターではこれら結果の詳細を発表する。
謝辞
本 研 究 は JSPS 科 研 費 JP16H04526, JP17H02820, JP17H06205,
JP17J03691, JP18H03855, JP19H01923, 公益財団法人 松尾学術振興財団、公益財団法人 三豊科学技術振興協会、公益財団法人 光科学技術研究振興財団、公益財団法人 三菱財団、TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」 TK17-046, TK19-016 の助成を受けたものです。

P2-094R ＜放射光源, 中性子源, ミュオン源, 低速陽電子源＞

一次ビームライン

ミュオン生成回転標的の現状
Present status of the rotating muon production
target
的場史朗 12，河村成肇 12，伊東芳紀 12，門野良典 12，MLF ミュオンセクション 2
１ KEK 物構研，２ J-PARC センター
2019 年夏期長期シャットダウン中に、強度不足の回転カップリングが使用されているミュオン生成回転標的一号機を取り出し、適正品が用いられている
二号機をビームラインに挿入した。陽子ビームラインに蓄積したトリチウム汚染の拡大防止のために、真空開放部へのグリーンハウスを設置、アノラックスーツ・エアラインマスクシステムの作業員への装備，標的輸送用キャスクの負圧管理，トリチウム濃度の常時監視等の対策を施して交換作業を行った(図 1参照)。使用済み一号機は、MLF 三階大型機器取り扱い室の一時保管庫に設置された真空容器内に保管されている。2020 年 1 月現在において二号機は順調に稼働している。
回転停止による温度上昇を迅速に検知するため、ミュオン標的を監視する
赤外カメラを上流 12m の陽子ビームラインに設置した。赤外カメラ・赤外真空
窓は照射試験実績(高崎研・放医研・JRR4 等)があり、赤外カメラは 1 MW 運転
で 1 年以上(5Gy 以上)、真空窓は長期間(50MGy)の耐放性が期待されている。
カメラ設置場所の既存陽子ビームラインダクトを赤外真空窓用ポート付きダク
トへ交換した。このダクト内部に設置された金蒸着ミラーによって反射した標
的からの赤外光をカメラで測定する。陽子ビーム軌道確保のため，ミラーは交換前ダクト径より外側に位置している．図 2 は 2019 年 12 月に撮影された最初の照射中ミュオン標的温度画像である。今後、絶対温度の解析を進め安全監視系に組み込む予定である。また、照射損傷による熱伝導率の変化を観測することで標的の寿命推定も可能になると考えている。

図１：トリチウム雰囲気下におけるアノラックス

図２：500 kW 運転中のミュオン標的温度画

ーツエアラインマスク作業。

像。黒鉛リング分割個所が反射によって明るく見えている。中央に照射スポットが観測されている。

P2-095R ＜放射光源, 中性子源, ミュオン源, 低速陽電子源＞

産総研設置中性子装置でのファースト中性子ビーム
First neutron beam from a compact neutron source
at AIST＊

木野 幸一 1,2, 大島 永康 1,2, 小川 博嗣 1,2, O'Rourke Brian1,2, 加藤 英俊 1,2,
黒田 隆之助 1,2, 佐藤 大輔 1,2, 宍戸 玉緒 2, 鈴木 良一 1,2, 清 紀弘 1,2,
田中 真人 1,2, 豊川 弘之 1,2, 友田 陽 1,2, 林崎 規託 1,2,3, 藤原 健 1,2,
古坂 道弘 1,2, 満汐 孝治 1,2, 室賀 岳海 2, 渡津 章 1,2, 帯名 崇 2,4,
濁川 和幸 2,4, 古川 和朗 2,4, 佐藤 節夫 2,4, 猪野 隆 2,4, 瀬谷 智洋 2,4,
大友 季哉 2,4, 神山 崇 2,4
1 産業技術総合研究所、2 新構造材料技術研究組合、3 東京工業大学、4 高エネルギー加速器研究機構、

我々は ISMA（新構造材料技術研究組合）における自動車などの輸送機器の主要構造材料に用いられる金属などの革新的な新構造材料開発において、試料単体あるいは部材等に組みつけた状態での非破壊分析に用いるため、産総研内に小型電子加速器中性子装置を設計・構築してきた[1,2]。この装置
は、主に電子加速器、中性子源、中性子ビームラインで構成され、パルス中性子透過法によるブラッグエッジイメージング用に各所が最適化された装置となっている。これらのコミッショニングを行った結果、装置を稼働させることができ、パルス中性子ビームの発生に成功した[3]。本発表では、本装置の構成や特徴、得られた最初の中性子ビームについて紹介する。
参考文献[1] K. Kino et al., Nucl. Instrum. Methods in Phys. Res. A 927 (2019) 407–418[2] B. E. O’Rourke et al., Nucl. Instrum. Methods in Phys. Res. B 464 (2020)
41–44[3] NEDO ニュース「輸送機器の構造材料・部品分析向けに小型中性子解析装置を開発」（2020/01/22）
https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_101275.html
この成果は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託事業革新的新構造材料等研究開発の結果により得られたものです。

P1-109S ＜光学系, ビームライン技術・制御＞
PF BL-20A

直入射分光器ビームライン BL-20A の現状 [2019 年度]
Current status of the normal incidence monochromator
BL-20A at the Photon Factory [2019Fy]
足立純一 1，穂坂綱一 2，北島昌史 2，小田切丈 3，星野正光 3
1 高エネ機構物構研放射光，2 東工大院理，3 上智大理工
Photon Factory には、深紫外域 (DUV) の 200nm 程度から真空紫外域(VUV) の 20nm 程度の光が利用できる偏向部ビームライン BL-20A[1] がある。BL-20A は東工大運営ビームラインであり、運営グループの研究対象である原子分子科学の実験[2,3]が主に行われている。ビームライン末端には常設装置を置かずにフリーポートとしており、共同利用者の持ち込み装置が使用できるようになっている。
BL-20A で対応できる波長について、他の光源により代替可能な波長領域も存在する。けれども、この全域で可変性が得られる光源は放射光が今も唯一である。そのため、DUV-VUV 領域における、光学特性・材料評価などのために不可欠な光源として、PF において共同利用者が活用できるよう BL-20Aを維持しておくことが必要である。
BL-20A は建設から 20 年以上が経過しており、近年は老朽化による不調・故障も頻発している[4]。本発表では、ここ数年、運営グループおよび協力
グループと協力して行ってきた対策、そして、対策後の光の評価実験 (偏光度・偏光軸, 2 次光の混入割合, 光学素子洗浄) について報告する。また、共同利用実験により BL-20A にて行われている実験・試みについて紹介する。
[1] K. Ito et al., Rev. Sci. Instrum. 66, 2119 (1995).
[2] Y. Torizuka et al., Phys. Rev. A 99, 063426 (2019).
[3] T. Okumura et al., J. Phys. B 52, 035201 (2019).
[4] Photon Factory 年報, “BL-20A 3m 直入射型分光器”.

P1-110S ＜光学系, ビームライン技術・制御＞
J-PARC Linac

J-PARC リニアックにおけるビームエミッタンス理解を目的としたモニター特性の評価
Evaluations of monitor characteristics
for understanding beam emittance in J-PARC linac
楊井京輔１２、大谷将士３、守屋克洋２、宮尾智章３、飯沼裕美１、近藤恭弘２１
１茨大理工、２JAEA、３KEK
現在の J-PARC リニアックは、加速前後でビームエミッタンスが 20～30％
増加しており、今後の安定運転やさらなる大電流化に向けてビーム損失による残留放射線の増加等が懸念されている。この原因として、初段加速器である高周波四重極リニアック(RFQ）に後続する全長約３ｍの中エネルギービー
ム輸送系（MEBT1）において、下流の加速器ドリフトチューブリニアック(DTL)とのビームのパラメータの不整合が考えられている[1]。
この問題の解決にはビームの Twiss パラメータを正確に把握する必要がある。エミッタンス値および Twiss パラメータ算出精度を向上させるために、
MEBT1 のエミッタンス測定として用いている Q-Scan 法[2]の見直しを進めている。MEBT1 における Q-Scan 法は、測定の系統誤差が定量的に評価されていなかったため、その要因について検討した。
また、MEBT1 のビーム透過率が、ビーム軌道に対して大きく依存することが判RFQ明している。このため、MEBT1 の透過率向上とビーム損失の抑制を目的として、
重心軌道の最適化にも取り組んでいる。
ビーム軌道情報の正確性の確認として、
ビームベーストアライメント[3]を用いたビームポジションモニター(BPM)[3]の中心
確認、及び BPM 本体の健全性確認を行
MEBT1
DTL
った。
本発表では上記の２つについて述べ、
図 J-PARC リニアックの MEBT1
MEBT1 におけるビームの理解への道筋（全長約３㍍，矢印はビームの進行方向を示す）を示す。
[1] 森下卓俊, 田村潤, 丸田朋史, ”J-PARC リニアックのアップグレード”, 高エネルギーニュース 33-4, 270-278 (2015)[2] 阪井寛志, “ビーム計測 II”, 高エネルギー加速器セミナーOHO’02 (2002)[3] 林直樹 “ビーム位置モニター”, 高エネルギー加速器セミナーOHO’10(2010)

P2-096S ＜光学系, ビームライン技術・制御＞
PF BL-19

極紫外/軟 X 線ビームライン第一ミラーにおける光電子放出
Photoelectron emission from the first mirror of VUV/SX beamlines
若林大佑 1,2、田中宏和 1、豊島章雄 1、山下翔平 1,2、武市泰男 1,2
1 KEK 物構研放射光、2 総研大
極紫外/軟 X 線ビームラインでは、一般に、Be 窓などのフィルターを用いることができないため、第一ミラーに対する熱負荷が大きくなる。2018 年度に建設された BL-19 では、アンジュレータからの高強度のビームによって、第一ミラーに最大で数 100W もの負荷がかかると見積もられる。こうした熱負荷は、
ビームサイズや位置、エネルギー分解能などに大きく影響する。将来光源において計画されている極小かつ高エネルギー分解能の光を用いた先端的な実験を実現するには、熱負荷を軽減するための基盤技術が必須となる。
BL-19 の立上げ調整の際、アンジュレータのギャップ・モード変更や最上流のマスクのサイズ変更に伴って、数時間の時間スケールでビーム位置が動いていくことが度々問題になっていた。調査したところ、第一ミラーチャンバーが最大 50℃程度まで加熱されており、周囲の温度もそれに伴って変化していることが確認された。こうした温度変化がステージに伝わることでビーム位置の変動を引き起こしていると考えられる。また、高熱負荷の状態では、チャンバ
ーのミラー反射面側に取り付けられたビューポートが強く発光していることが確認された。磁石を近づけると発光位置が変化することから、ミラーから放出された光電子が原因であると推察される。また、発光位置とともにチャンバー
内の真空値も変化しており、光電子は、チャンバーからの脱ガスにも影響を与えている可能性がある。これらのことから、チャンバーは、光電子によって加熱されていることが強く疑われる。BL-2 や BL-13 といったビームラインでもチャンバーの加熱が確認され、こうした現象は、アンジュレータを光源とした極紫外/軟 X 線ビームラインにおいて広く起きていると考えられる。
第一ミラーからの光電子の対策として、薄い銅板で構成された水冷遮蔽板を設計し、2019 年末に設置した。チャンバーの天板に取り付けて支える構造をとっているが、光電子量の評価のために、遮蔽板とチャンバーの間は絶縁されている。発表では、2-3 月の運転で行われる予定の評価試験の結果についても報告する。

P2-097S ＜光学系, ビームライン技術・制御＞

透過型ミュオン顕微鏡のためのフラットトップ RF サイクロトロンの開発
Development of a muon cyclotron with a flat-top RF
system for transmission muon microscopy
山崎高幸 1，永谷幸則 1，Patrick Strasser1，足立泰平 1，池戸豊 1，三宅康博 1，
安達利一 1，吉田光宏 1，大西純一 2，後藤彰 2，熊田幸生 3，楠岡新也 3，恩田昂 3，筒井裕士 3
1KEK，2 理研仁科セ，3 住友重機械
ミュオンの優れた透過能を活かし電子顕微鏡では到達不可能な厚い試料の 3D イメージングを可能とする透過型ミュオン顕微鏡の開発を進めている。
J-PARC MUSE U ラインで生成される超低速ミュオン（～0.2eV）をエネルギー
分散をΔE/E=O(10-5)に抑えつつ 5MeV まで再加速することができれば、色収
差なく集光したミュオンビームを用いて生きた細胞（～10μm）などの透過 3D
イメージングが可能となる。色収差を抑えながらミュオンの寿命 2.2μs 以内の時間で高効率に加速するため、我々はフラットトップ RF 加速システムを備える
AVF サイクロトロンを採用し、現在開発を進めている。
本講演では透過型ミュオン顕微鏡プロジェクトの概要およびミュオンサイク
ロトロンの開発状況について報告する。

P2-098S ＜光学系, ビームライン技術・制御＞
J-PARC MLF D1/2

J-PARC MLF MUSE D ラインにおける負ミュオンビームパラメータ測定
Measurement of beam parametersat D-line MUSE MLF J-PARC
竹下聡史，A 梅垣いづみ，土居内翔伍，橋本亜紀子，
反保元伸，下村浩一郎，三宅康博
KEK 物構研，豊田中研 A
J-PARC MUSE D-line では、崩壊モードで負ミュオンを取り出すことが可能である。これにより運動量可変、かつスピン偏極した負ミュオンビームが利用できる。この負ミュオンビームを、物性材料の分析を始め、文化財資料やリチ
ウムイオン電池等のさまざまな分析実験に利用するために、D1 エリアにてビームラインチューニングを行いその特性の評価を行った。具体的には、運動量、ビームサイズ、ビーム強度、スピン偏極度等の評価を行った。
下図は、チューニングを行った負ミュオンビームに対して中心運動量、及び運動量分布の測定を行った結果を示したものである。運動量測定においては、
負ミュオンの核吸収効果を用いた。ターゲットとしてグラファイト板（上流側）に
アルミニウム板（下流側）を重ねた積層板を用いた。グラファイト板の厚みを薄くすると、負ミュオンはアルミニウム板に到達し、核吸収率が高くなる。すると
崩壊電子数が減少するため、どの厚みでグラファイト板を抜けたかを容易に観測することが可能である。この方法により求めた運動量は、それぞれ 30
MeV/c において 32.8 +1.1/-1.2 MeV/c、40 MeV/c において 43.3 +1.2/-1.3
MeV.c であった。講演ではその他のパラメータについても報告する。

図．レンジ測定の結果、及びこれより求めた中⼼運動量と運動量分布。左︓設定運動量 30 MeV/c、
右︓設定運動量 40 MeV/c。

P2-099S ＜光学系, ビームライン技術・制御＞
MLF-H2

ミューオン線形加速器中速部用 DAW 空洞の開発
Development of the DAW cavity for medium-betasection of a muon linear accelerator
竹内佑甫 1,飯沼裕美 2,伊藤崇 3,岩下芳久 4,岩田佳之 5,Ersin Cicek 6,7,
大谷将士 7,河村成肇 7,北村遼 3,近藤恭弘 3,⿑藤直⼈ 8,須江祐貴 9,内藤富⼠雄 7,
中沢雄河 2,長谷川和男 3,林崎規託 10,二ツ川健太 7,三部勉 7,森下卓俊 3,安田浩昌 11,
山崎高幸 7, 吉田光宏 7, 四塚麻衣 9
1 九大理, 2 茨大理工, 3 原研, 4 京大化研, 5 放医研, 6 Siirt 大, 7 高エ研,
8 J-PARC センター, 9 名大理, 10 東工大, 11 東大理 K

ミューオン異常磁気モーメント（g – 2）はブルックヘブンでの E821 実験で測定されており [1]、現在のところ理論と実験の間には約 3σ の乖離がある [2,3]。
この不一致は、素粒子標準理論を超える新しい物理の兆候を示唆すると期待されている。 J-PARC E34 [4]では、先行実験と独立な方法による高精度測定
によりこれの検証を目指す。 J-PARC E34 では、ミューオンを冷却し、線形加速器によって加速することで得られる低エミッタンスミューオンビームを利用することで、ミューオンビームに由来する系統誤差を削減する。ミューオン線形加速器中速部には Disk-and-washer Coupled Cavity Linac (DAW CCL) [5-8]を採⽤しており、ミューオンは 1.3 GHz の運転周波数で v / c =β= 0.3 から 0.7まで加速される。DAW CCL は、⾼いシャントインピーダンスを持ち⾼効率加速に適した加速構造である。また、他の結合型加速空洞と⽐較して構造が単純なことと、結合定数が⼤きいため加⼯誤差の許容度が⾼いと考えられることから製作・調整コスト面で有利であると⾒込まれる。本発表では、DAW CCLの開発の現状について報告する。
[1] G.W.Bennett et al., Phys. Rev. D73, 072003[2] A. Keshavarzi et al., arXiv:1911.00367[3] M. Davier et al., arXiv:1908.00921[4] M. Abe et al., Prog. Theor. Exp. Phys. 2019, 053C02.
[5] V.G. Andrev et al., Proc. 1972 Linear Acel. Conf., Los Alamos.
[6] S. K. Esin et al., Proc. 1988 Linear Accel. Conf., Virginia USA.
[7] Y. Iwashita et al., Proc. 1992 Linear Accel. Conf. Ottawa, Canada[8] H. Ao et al., 2000 Jpn. J. Appl. Phys.39 651

P2-100S ＜光学系, ビームライン技術・制御＞
MLF/BL06

KUR-IBS による多層膜中性子ミラー開発と MLF への展開
Development of multilayer neutron mirror by
KUR-IBS for MLF J-PARC
日野正裕 1、小田達郎 1、遠藤仁 2、細畠拓也 3、船間史晃 1、吉永尚生 1、
山田悟史 2、山形豊 3、川端祐司 1
1
京大, 2KEK, 3 理研
多層膜中性子ミラーはブラッグ反射を利用して、モノクロメータや、膜厚を少しずつ変えながら積層することで広い波長範囲で全反射できるスーパーミラーとして使用でき、低速中性子ビーム輸送に必須なデバイスとなっている。京大
複合研のイオンビームスパッタ装置(KUR-IBS)は、世界で初めて m=5 中性子
スーパーミラーを実現し、現在に至るまで常に最高レベルの多層膜中性子ミラーの成膜が可能としている（m=5 とは Ni の全反射臨界角に対して 5 倍の入射角で全反射できる性能を表す指標）。高性能なスーパーミラーの実現には、層間の拡散だけでなく、まず基板の表面粗さを 0.3nm 程度以下に抑える必要がある。この制約のため金属基板の使用が難しかったが、無電解ニッケルメッキを用いることで、表面粗さ 0.2nm 程度以下を実現、この問題を解決し、BL16(SOFIA)への集光ミラー実装に成功した[1]。また J-PARC MLF BL06(VIN
ROSE)スピンエコー分光器の集光ミラーとして、大きな曲率においても、m=6の NiC/Ti スーパーミラー成膜に面のスーパーミラーとほとんど変わらぬスピードと性能で成膜を実現とした。
また Fe 等の強磁性層とその強磁性層の↓スピン中性子が感じるポテンシ
ャルと同じ大きさの各ポテンシャルを持つ非磁性層を組み合わせた多層膜では、↑スピン中性子は周期ポテンシャルを感じて反射し、↓スピン中性子は一つのポテンシャルのみを感じて透過する、偏極デバイスとなる。KUR-IBS では
Fe/SiGe3(Si)磁気多層膜の製作に成功し、古くは JRR-3 の SUIREN 偏極反射率計や MINE 干渉計、J-PARC MLF BL05(NOP)、BL06(VIN ROSE)等の偏極ミラーとして利用されてきた。しかしより、散漫散乱が少なく高品質なスーパーミラーの製作のため、新たな材質の組み合わせ等改良も進んでいる。
当日は回転楕円体ミラーや偏極スーパーミラーの中性子反射率評価をはじめ、中性子反射性能を持つ多層膜だけで構成された自立膜（多層膜中性子ミ
ラーシート）による集光デバイス開発の現状等、KUR-IBS を用いた多層膜中性子ミラー開発の現状及び新たなビーム輸送光学デバイスの可能性について述べたい。
[1] 細畠 拓哉他、2019 年度 MLF シンポジウム

P1-111T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞

MLF-BL08 SuperHRPD, BL20 iMATERIA

Direct-derivation (DD)法を用いた中性子粉末回折データの定量分析
Quantitative phase analysis from neutron powder
diffraction data using the direct-derivation method
CHO Kwanghee1, 2、 神山崇 1, 2、鳥居周輝 1, 2、萩原雅人 1, 2、齊藤高志 1, 2、
野間敬 3、林眞琴 4、峯村哲郎 5、虎谷秀穂 6、石垣徹 7
1 KEK 物構研、2 J-PARC センター、3 CROSS 東海、
4 Kobe Material Testing Laboratory Group、5 茨城県中性子ビームライン、
6 Rigaku Corporation、7 茨城大学フロンティア応用原子科学研究センター
The direct-derivation method has been recently proposed forquantitative phase analysis using X-ray powder diffraction technique.
It can be used to derive weight fractions of individual components in a
mixture by using a simple equation, called the intensity-composition
formula. It uses two kinds of parameters: one is the sum of observed
powder diffraction intensities for each component and the other one is
the total scattering power per chemical formula weight obtained fromthe individual chemical formula. In this work, it was verified that thedirect-derivation method is applicable to the quantitative phaseanalysis of the neutron powder diffraction data with the modified
intensity-composition formula derived from the nature of neutron in
the powder diffraction theory. Test results showed that thedirect-derivation method yields sufficiently reliable results comparedto the Rietveld method. They also provide the expected advantages ofthe direct-derivation method on neutron powder diffraction and therequirements for obtaining reliable quantitative phase analysis
results.

P1-112T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL21

高強度中性子全散乱装置へのコリメータ導入による低バックグラウンド測定の実現
Realization of low background measurement by introducing
collimator into high intensity total scattering apparatus角田茉優 1・大友季哉 1, 2, 3, 4・本田孝志 2, 3, 4・池田一貴 2, 3, 4・
大下英敏 2, 4・神原理 4(茨城大 理 1・KEK 物構研 2・総研大 3・J-PARC センター4)
J-PARC MLF で稼働している高強度全散乱装置（NOVA）は，様々な試料環
境を用いた実験を行なっている． MLF の高強度中性子を十分に活用するには，試料環境（放射熱シールドや真空窓など）からのバックグラウンドをできるだけ低くする必要がある．そこで，バックグラウンド低減のためのデバイスとして，ラジアルコリメータ（NOVARC）を NOVA に導入した．ラジアルコリメータは，散乱角 70～110 度で 2 度ごとに，サンプル位置から 207.5～387.5 mm に 50 µm
厚のカドミウムメッキを施したブレードを配置したものである．サンプルから検出器までの距離は約 1.2 m で，ラジアルコリメータによって規定された有効ゲージ幅は約 32 mm である．
ラジアルコリメータで低減すべきバックグラウンドは，バナジウム高温炉ではバナジウム発熱体，2 K 冷凍機では真空アルミニウム窓，トップローディング型冷凍機と温度制御型試料交換機ではバナジウム熱輻射シールドを源とす
る．それぞれの試料環境でのラジアルコリメータの効果をシリコン粉末，ダイ
ヤモンド粉末，シリカガラスロッドを試料とする測定を行うことで評価した．まず，
ラジアルコリメータ設置により，カドミウムのカットオフ・エネルギーを下回る波
長 0.5 Å 以上で，設置前の 4 ％以下にバックグラウンドを低減することができた．さらに，静的構造因子 S(Q)と，その Fourier 変換により得られる実空間 2体分布関数（PDF）への影響を Rietveld 解析と PDF 解析による格子定数と R
因子で評価した．その結果，バナジウム高温炉，2 K 冷凍機，トップローディン
グ型冷凍機，温度制御型試料交換機の試料環境では，妥当な静的構造因子と 2 体分布関数が得られることが確認できた．PDF 導出には，カドミウムのカッ
トオフ・エネルギー以上の波長（最短 0.1 Å）を使用しているが，問題は見られなかった．講演では，ラジアルコリメータ導入によるバックグラウンド低減効果について詳細を報告する．この研究は，KEK 中性子共同研究 S 型課題（2014S06，2019S06）で行われた．

P1-113T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL01,BL02,BL11,BL14,BL15,BL19

空蟬のライブデータ処理を利用した測定データモニタリング
Data monitoring method using the Live Data
Reduction in Utsusemi
稲村泰弘 1、中谷健 1、安芳次 2
1. J-PARC センター、 2. KEK「空蝉」は、J-PARC, MLF における中性子散乱用データ処理・解析可視化環境の一つであり、多くのビームラインで導入されているソフトウェア群である。
特にデータ処理機能の面では、MLF が採用したデータ収集方式であるイベン
ト記録方式の活用をいち早く成功させてきた。例えば今や世界のスタンダードな測定として広まった非弾性散乱 Multi-Ei 手法や単結晶試料の多次元データ
測定・可視化手法を実現させ、また最近ではリアルタイムデータ処理(Live
Data Reduction)を実現させる機能の開発などを行っている。
現状、空蟬の Live Data Reduction(LDR)機能はそれほど広く利用されている
わけではないが、この機能がより効果的に利用される場面として、例えば測定
データモニタリングとしての利用が挙げられる。これは測定と同時にあらかじ
め決められた検出器のデータをその場で解析し、結果をプロットして測定状態を確認するものである。これを現在の MLF の装置で実現するためには、MLFの装置制御用として使用されている IROHA2 や DAQ ミドルウェアなどの開始（Begin）や停止（End）処理と連動して LDR 機能を含んだスクリプトを実行させる必要がある。
そこで、IROHA2 による測定動作と連動し、任意の Python スクリプトを測定開始とともに実行、その結果を Web 上で表示できるサーバーを開発した。これは IROHA2 のデバイス制御サーバーと同じインターフェースを持ち、その他のIROHA2 サーバー（装置管理サーバー、
統合制御サーバー）と連携しつつ任意の Python スクリプトを実行、結果を Web
インターフェース上で表示できるものである（図 1）。
本発表では、このシステムの紹介と空蟬の最近のトピックについて示す予定である。
図 1 IROHA2 上での LDR 結果表示

P1-114T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
He-3 ガスを⽤いた中性⼦偏極デバイス開発のための⾼均⼀静磁場環境の開発(茨城⼤学 1・JAEA2・KEK3) ⾼橋慎吾 1・奥隆之 1,2・奥平琢也 2・猪野隆 3・相澤⼀也 2
中性⼦と物質との相互作⽤には核⼒と電磁相互作⽤の 2 種類が存在する。偏極中性⼦を⽤いることで磁気に対する感度を⾼められるため、偏極中性⼦は構造解析、特に磁気構造解析
において⼤変有⽤である。
我々の研究グループでは偏極中性⼦⽣成のための中性⼦偏極デバイス：He-3 スピンフィル
ターを開発している。これは特殊なガラスセルに He-3 とアルカリ⾦属、バッファーガスを封⼊したものである。このセルに円偏光レーザーを照射することでスピン光交換ポンピン
グ法により、He-3 原⼦核を偏極させることが出来る。He-3 原⼦核はそのスピンと中性⼦のスピンが反平⾏の場合は中性⼦吸収断⾯積が⼤きく、平⾏な場合はほとんど吸収しないた
め、フィルターを透過させることで偏極中性⼦を得ることができる。セルへのレーザー照射を停⽌すると、He-3 原⼦核の偏極度は徐々に緩和していく。偏極度を保持するには⼀様性の⾼い磁場中にセルを置く必要がある。
現在、我々はより⾼い He-3 偏極度を実現することを⽬的として⾼強度レーザー装置を⽤いた He-3 スピンフィルターを開発中である。本研究では、その⾼強度レーザー装置と共に⽤いる偏極保持⽤ソレノイドコイルを、磁場シミュレーションをもとに設計し、作製した。本
発表では作製したソレノイドコイルの設計とその性能評価の結果について報告する。

P1-115T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-SEMLF 光照射試料環境チームの 2019 年度の活動
Activities of the MLF Light Irradiation Sample
Environment Team in JFY 2019坂口佳史 1、笠井聡 1、大内啓一 1、森川利明 1、岩瀬裕希 1、高橋竜太 2・
1
CROSS, 2JAEA
J-PARC 物質・生命科学実験施設（MLF）の特徴のひとつとして強いビーム
強度を有することがある（2020 年 1 月現在で陽子ビーム強度 500kW）。強いビ
ーム源を用いれば測定時間は短くなる、したがって、これまで観測が困難であった反応系での過渡的測定を行えば、強いビーム強度の特性を活かした新しい学術的成果の創出が期待される。光照射によって生じる光反応はそうした
実験対象のひとつである。我々、MLF SE チームの中の光照射環境のサブチ
ームでは、MLF で光照射実験を行うための機器、制御環境の整備を進めている[1]。本ポスター発表では 2019 年度の活動を報告する。
2019 年度、我々は新たに高出力 LED 光源を導入した。ピーク波長位置の異なる 4 つの LED を搭載している。これまで、水銀ランプ、キセノンランプに狭帯域バンドパスフィルター（半値幅 10nm）を用いることで準単色の光を得ることができた。しかし、光を切り出す分、強度が小さくなり、光反応の程度も小さくなるためこれまであまり使用されていなかった。今回、準単色の光でも強度のある光源を得たことで、光反応における励起光波長依存性を調べやすくなった。この LED 光源を用いた実験を BL17 において行ったが、その結果、励起光
波長の違いによる光反応性の違いが明瞭に観測された[2]。
また、2019 年度に我々は、これまで所有していた水銀ランプを BL15 でも使えるよう整備を行った。光シャッター制御についても、BL15 での需要に合わせて整備した。BL15 は高分子材料を対象とした実験が多い。光反応を示す高分
子材料は多くあるので、今後、光照射環境機器の利用を希望するユーザーが多く現れることが期待される。このシステムを用いて光応答性界面活性剤が形成するミセルの構造変化のその場観察実験を行い、光照射のあるなしで中性子小角散乱プロファイルに明瞭な違いが観測され、この光照射システムの有用性が確認された[2]。
当日のポスター発表ではこれら活動の詳細を報告する。

[1] Y. Sakaguchi et al., J. Neutron Res. 21 (2019) 23.
[2] Y. Sakaguchi et al., submitted.

P1-116T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL17

J - PA R C M L F 偏 極 中 性 子 反 射 率 計 「 写 楽 」 の 現 状
New Equipment of the Polarized Neutron
Reflectometer “SHARAKU” at the J-PARC MLF
笠井 聡 1、曽山 和彦 2、青木 裕之 2,3、山崎 大 2、宮田 登 1、阿久津 和宏 1、
花島 隆泰 1、吉田 鉄生 1、宮﨑 司 1
１ CROSS 中性子科学センター、２ 原子力機構 J-PARC センター、3 高エネ
機構物構研
J-PARC の物質・生命科学実験施設（MLF）にある共用ビームラインの偏極
中性子反射率計「写楽」（BL17）は、2012 年の初ビーム受け入れ以来､装置整備・高度化が進められ、着実に性能を向上させるとともに、利用者数を増やしている。2019 年度、我々は写楽の付帯装置に関して、実験の利便性向上を目指し、新しい試料環境機器とその制御機構の追加と整備を進めて来た。
その装置開発として、温度・湿度をコントロール出来る調湿装置の制御シ
ステムを開発した。この開発により、湿度を変化させた測定が遠隔から自動で行えるようになった。
また、昨年度導入した自動試料交換機を組み合わせ可能な、溶液注入セ
ルおよび高温測定セルの制御システムを製作した。これにより柔軟な試料環
境条件での測定が可能となった。また、昨年導入した汎用シリアルデバイスと同様に汎用 GP-IB デバイスや、デバイス制御よりスケジュール可能なリレーデバイス等の開発をおこなった。この開発により、より実験の都合に合わせられる柔軟な制御が可能となった。
発表では、上記の装置開発に伴う中性子反射率計「写楽」の、開発ソフトウ
ェアの進化と現状について説明する。

P1-117T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞

ソフトエラー試験のための中性子場の検討
Neutron field for soft error experiments
岩元大樹 1、明午伸一郎 1、前川藤夫 1
1
日本原子力研究開発機構
近年、宇宙線によって生じる中性子線に起因する半導体のソフトエラーに関する関心が高まっている。中性子線によるソフトエラーを模擬する白色照射施設として、米国 LANSCE の WNR や大阪大学 RCNP などが存在するが、J-PARC においても大強度陽子ビームを用いた核破砕反応を利用した数百
MeV のエネルギー領域に及ぶ高エネルギーかつ高フラックスの白色中性子場が産業界等から強く要望されている。本研究では、J-PARC 生命物質科学実験施設(MLF)附設の中性子ビームライン及び建設を計画中の J-PARC 核変
換実験施設(TEF)附設の中性子ビームラインによるソフトエラー試験に資する中性子場の条件を、粒子輸送計算コード PHITS を用いて検討するとともに、
PHITS による中性子輸送計算の妥当性の検証を行った。

P1-118T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
PF-BL14A

PF-BL14A におけるデータ計測および処理システムの開発
Development of Data Collection and Reduction
Systems for PF-BL14A
坂倉輝俊 1、御手洗誠 1、山本孟 1、木村宏之 1、岸本俊二 2
1 東北大学多元研、 ２ KEK-物構研
PF-BL14A は垂直ウィグラーと 4 軸回折計という、高精度計測を実現できる組み合わせに加え、放射光を最も高精度に計測できる零次元の Avalanche
Photodiode (APD)検出器を備える。我々はこのビームラインの高いポテンシャ
ルを活かした計測法として、多重回折の回避計測法などを導入してきた。これらの技術により、PF-BL14A では世界的に見ても、最も高精度かつ高確度な電子密度計測が実現できている［1］。しかしながら、これまでに開発してきたソ
フトウェア群はインターフェースがユーザーフレンドリーでなく、マニュアルの整備も不十分であった。また、結晶構造解析に特化していたため、積分反射強度の収集は行えても、逆格子スキャンは行えない等の課題もあった。
このような背景から、これらの改善に取り組んでいる。先ず、C++、FORTRANなどで開発してきた各種ソフトウェアの入力ファイルの生成を簡便に行うソフト
ウェアを、Unix 系 OS に標準でインストールされている AWK スクリプト言語やBASH、及び SHELL コマンドを用いて整備中である。次に、逆格子スキャンを
外部計算機との併用により、計測可能にした。更に、二反射法を自動化することで、軸立てに要する時間の短縮を図る技術開発を行った［2］。この自動化した二反射法は現在、実験室系の 2 次元検出器を備えたシステムに対しても適用しており、正確な軸立てが行えることを確認している。積分反射強度の計測に極めて高い定量性が要求されない計測においては、このような 2 次元検出器の利用も進める予定である。図は Rigaku
VariMax With IP で計測した一枚の回
折イメージ（拡張子 img ファイル）からピークを刈り取り、Busing ＆ Levy の定義での回折計上の座標に変換したものである。同様のソフトウェアを PILATUS 等の
2 次元検出器用に開発していく予定である。
講演ではこれらの開発の現状について報告する。
［1］ 坂倉ほか、PF NEWS 35（1）、11-16 (2017).
［2］ 坂倉ほか、日本結晶学会 2019 年度年会、2019.11.20、 (金沢).

P1-119T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL10

高性能結晶デバイス PG の評価と装置適用の検討
Estimation of High Performance Crystal Devices PG
and Consideration of Spectrometer Application
Kaoru Shibata１, Kazuo Kurihara２ , Kenichi Oikawa１
１ J-PARC center JAEA、２ QST【概要】Bragg 反射を利用した入射中性子の単色化(Monochromatic Crystal)，
散乱中性子のエネルギー解析(Analyzer Crystal )の光学デバイスとして用いられているパイルティック・グラファイト結晶は，その特徴として高反射率（８０～９０％もしくはそれ以上），均質な結晶モザイク度・格子定数・回折強度，均質で大面積の結晶を製作可能,湾曲形状の製作が可能などの利点を持つ．
【用途】パルス中性子源に於いては、逆転配置型ＴＯＦ装置のアナライザー用
Bragg 反射結晶として，研究用原子炉定常中性子源に於いては，回折装置，3軸非弾性散乱装置，ＴＯＦ装置等の，単色化，エネルギー解析用の Bragg 反射結晶の光学デバイス等に広く用いられている．具体的利用対象として・J-PARC/MLF に設置が検討されている，飛行時間焦点型分子分光器（同型に CAT@KENS, TOSCA@ISIS, VISION@SNS など）に於ける、エネルギー解析
用結晶アナライザーの最適化検討．
・IP 検出器を用いた生体物質構造解析装置(BIX-3,-4 @JRR-3，同型にBIODIFF@FRM II など)に於ける，集光型モノクロメーター結晶の改良などが挙げられる．
【研究目的】本研究対象の製品を除いて,現在、製品化されている結晶モザイ
ク度が最も高い製品は、Mosaic Spread(θ°): 0.40 < θ < 0.50 °である。一方、
昨年度 2018 年度秋に、パナソニックグループが製作する固相-固相プロセス法で製作されるグラファイト結晶が、均質安定的に Mosaic Spread(θ°): 0.30 <θ < 0.40 °の結晶モザイク度の製品化の目処がたった．結晶モザイク度の向上は、集光度に大きく影響するため，実際に中性子ビーム利用に近い状況
で・結晶モザイク度・反射率等を幾つかの波長で測定を行い，実際の分光器に於いて使用する場合の検討・評価を行った．
【測定結果】デバイスプロジェクト課題２０１９ＡＢ期申請でＢＬ１０のビームライ
ン及び付属機器を用いて、2 日間波長：λ＝6.0 Å付近（背面反射 2θ～170°付近の測定)手動ゴニオによる、ω-scan で各種ＰＧの比較測定を行い、線幅δω、Δｄについては比較データが得られた。発表では、PG の製造条件の違いによる結晶モザイク度の異なる製品の線幅δω、Δｄや積分強度など測定結果の詳細をもとに応用する装置について議論する予定である。
【謝辞】本研究に用いた PG 試料は，パナソニックプロダクションエンジニアリン
グ株式会社殿より提供いただきました．

P1-120T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-S1

ミュオン S ラインにおける試料環境の現状
Development of Sample Environment at the S Line中村惇平 1、幸田章宏 1、西村昇一郎 1、李華 1、土居内翔吾 1、橋本亜紀子 1、
岡部博孝 1、平石雅俊 1、門野良典 1
1 KEK-物構研ミュオン
MLF のミュオンビームラインでμSR 実験を行う時、液体ヘリウム(He)を用いたクライオスタットが試料環境としてよく用いられる。一つは熱伝導型のクライ
オスタット(マイクロスタット)で最低温は 4 K であり、もう一つは縦型の熱交換型
クライオスタット(V2K)で最低温は 2.2 K である。これより低温の実験を行う場合には従来、D ラインに設置された無冷媒(液体 He 不使用)クライオスタットである希釈冷凍機 (最低温 50 mK)のみが共同利用実験で用いられていた[1]。
これに対し本件では、MLF ミュオンビームラインで 1 K 以下に到達する第 2の無冷媒クライオスタットとして、S ラインにおいてヘリウム 3(3He)クライオスタ
ット(図 1)の立ち上げ・ビーム試験を行った[2]のでこれを報告する。3He 吸着ポンプ用いたワンショット型のクライオスタットで最低温は 300 mK である。
冷却時間は室温から最低温まで 1.5 日を要し、サンプル交換のための昇温に 9 時間を要するが、最低温に到達する信頼性は高かった。図 2 には 20×20
×0.3 mm のホルミウム試料を用いたμSR スペクトルを示した。φ20 mm のコ
リメーターを用いた時、μ-e イベントレートは 95 M/hour (陽子ビーム 300kW,
double pulse)、S/N 比は約 45%と期待された値が得られた。
[1] W. Higemoto and A. Koda KEK Progress Report 2018-2 KEK-MSL REPORT2017 (2018) 9[2] J.G. Nakamura et. al. KEK Progress Report 2019-3 KEK-MSL REPORT2018 (2019) 23-24

図２：ホルミウム試料のμSR スペクトル。コリメータ
図 1：ヘリウム 3 クライオスタット

ーでビームサイズを変化させた時の S/N 調査。

P2-101T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF／BL06

BL06 における MPPC を用いた
大型２次元シンチレーター検出器の開発
Development of wide two-dimensional scintillator
detectors at BL06 VIN ROSE
遠藤仁 1,2・大下英敏 1,2・瀬谷智洋 1,2・安芳次 1・小田達郎 3・日野正裕 3
1
KEK, 2J-PARC センター, 3 京大
中性子スピンエコー（NSE）法は、中性子スピンという自由度を用いることで、散乱前後の非弾性散乱過程による中性子のエネルギー変化の精密評価が可能であり、中性子非弾性散乱測定法において最高のエネルギー分解能での測定が可能である。京都大学と KEK は、連携して J-PARC MLF の BL06 に中性子共鳴スピンエコ
ー分光器群 “VIN ROSE”を開発している。BL06 では、共鳴スピンフリッパーを用いて NRSE（Neutron Resonance Spin Echo）と MIEZE（Modulated Intensity by Zero
Effort）という 2 台の中性子スピンエコー分光器を設置しており、2014 年 4 月に中性子ビームを受け入れて以降、それぞれコミッショニングを進めている。
本件では、MIEZE 分光器に実装予定の MPPC を用いた大型２次元シンチレータ
ー検出器（Mpix 検出器）の開発状況に関して発表する。開発中の Mpix 検出器
は、32cm×32cm の広い検出面を有し、LiF/ZnS シンチレーターも用い、入射中性子を光に変 換して、中 性子を 評価 する。 今回、標 準試料 を用 いた試験 及びMIEZE 信号の検出実験を行ったので、その詳細に関して説明する。

図：BL06 に設置された Mpix 検出器の写真

P2-102T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF／BL03

Redis Pub/Sub システムを利用したデータロギングソフトウェ
アの Python による開発

Development of data-logging software in Python
using Redis Pub/Sub system
遠藤 陽介・細谷孝明 茨城大工
茨城県生命物質構造解析装置 iBIX（BL03）は、飛行時間型単結晶中性子回折装置である。本装置による実験データはデータ収集サーバーによって収集され、ビー
ムラインが備えるストレージに保存されている。このデータ収集システムは平成 31
年度末でリース契約が切れてしまうため使用できなくなる一方、MLF に共有の大容量ストレージシステムが整備されたことから、BL03 ではこの共有ストレージを用いることとした。
BL03 では、現在 DAQ ミドルウェア[1]によってデータ収集、保存が行われているが、保存先を共有ストレージとするのか、DAQ ミドルウェアの枠組みの外側で動作するプログラムを先進計算環境の解析サーバーで走らせて保存するのか、等の選択肢がある。前者では、共有ストレージがビームライン実験での都合とは無関係に停止する可能性もあり、その際に DAQ コンポーネントがエラーで停止し、コンポーネント
間のつながりが強い DAQ ミドルウェア全体を停止させることにつながりかねない。一方、後者は、データを送信する DAQ ミドルウェア側のコンポーネントとデータ保存プ
ログラムの間にデータ送信を中継するブローカーを挟めば、依存関係が弱くなり、共有ストレージの運用状況とは無関係にデータ収集を安全に動作させることができる。
本研究では、オープンソースであり、インメモリデータベースである”Redis”をブローカーとして用いた、MLF ストレージにデータを集めるネットワークを開発するための試作を作成した。
今回作成させた試作は、実験の切り替え時に変更される run-number をデータと一緒に Publish させることで、Subscribe してからファイルパスを作ることを可能にした。
また、”Redis”の通信速度と IO 時間との差を非同期通信ライブラリである”ZeroMQ”の ROOTER/REQ 通信を使用することで緩和させた。結果的に、100 スレッドのPublisher から送信される 10KB のデータを処理することに成功した。

図 1:Redis を用いたデータ収集ネットワーク案[1]Y Yasu et al., Journal of Physics: Conference Series 219 (2010) 022025

P2-103T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
3

He 中性子スピンフィルターを用いた高効率パルス中性子ビームの偏極とその利用 I(JAEA1・KEK2・CROSS3) 奥隆之 1・奥平琢也 1・・酒井健二 1・猪野隆 2・林田洋寿 3・廣井孝介
1
・篠原武尚 1・加倉井和久 3・相澤一也 1
Development and application of the 3He spin filter for pulsed neutrons I
1
T. Oku , T. Okudaira1, K. Sakai1, T. Ino2, T. Hayashida3, K.Hiroi 1, T. Shionohara1, K. Kakurai3, K. Aizawa1
JAEA.1 KEK, CROSS 2
3

He 中性子スピンフィルターは、広いエネルギー範囲の中性子を偏極することができるデバイスである。最近、J-PARC に於いて、非常に高い中性子偏極性能を有する 3He 中性子スピンフィルターが開発され、その利用が期待されている。本発表では、3He 中性子スピンフィルターの中性子偏極性
能や J-PARC に於いて期待される利用方法について具体的に紹介し、その有用性について議論する。

P2-104T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
He3 スピンフィルターを用いた高効率パルス中性子ビームの偏極とその利用 Ⅱ(JAEA1・茨城大学 2・KEK2・CROSS4) 奥平琢也 1・奥隆之 1・高橋慎吾 2・酒井健二 1・猪野隆 3・
林田洋寿 4・廣井孝介 1・加倉井和久 4・相澤一也 1・
Development and application of the 3He spin filter for pulsed neutrons Ⅱ
T. Okudaira1, T. Oku1, S. Takahashi2 K. Sakai1, T. Ino3, T. Hayashida4, K.Hiroi 1, K. Kakurai3, K. Aizawa1
JAEA1, Ibaraki Univ.2, KEK3, CROSS4
偏極 3He スピンフィルターは 3He ガスとアルカリ金属をガラスセルに封入した中性子偏極デバイスである。3He 原子核の中性子吸収断面積は大きなスピン依存性をもち、偏極した 3He ガスに中性子を透過させることにより、広いエネルギー範囲の中性子ビームを偏極させることが可能である。ガラスセルに円偏光レーザーを照射することによりスピン交換法(Spin Exchange Optical Pumping :SEOP)を用いて 3He 原子核を偏極させる。
現在 JAEA では MLF で使用するための 3He スピンフィルターの開発を進めている。我々は、2018
年に 3He スピンフィルターを作製するための 3He ガス封入システムを構築し、2019 年には偏極緩和
時間 200h という性能の高いスピンフィルターの作製することに成功した。また、3He 偏極用の大強度レーザーシステムも構築し、高い 3He 偏極率で 3He スピンフィルターを使用できるようになって来ている。これらの成果により現在は 3He 中性子スピンフィルターを実際に使用し、科学的成果を創出する段階にきているといえ、
2019 年前半では 4 回のユーザー実験を実施した。
加えて MLF BL21,
BL15 などのビームラインへの 3He 中性子フィルターの導入の準備を進めている。本成果は 1 (奥隆之), 2(奥平琢也)の二編の発表に分けて報告する。

P2-105T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL23

POLANO におけるオンビームコミッショニング
On-beam Commissioning on POLANO
横尾哲也 1,2、金子直勝 1,2、伊藤晋一 1,2、林浩平 1、Yu Feng1、藤田全基 3
大河原学 3、池田陽一 3
1KEK-物構研、2J-PARC センター、3 東北大-金研

POLANO プロジェクトはこれまで進めてきた建設とコミッショニングをほぼ終了し、2019 年度より非偏極ビームながら一般課題の受け入れを果たした。
本講演では、ビーム受け入れより行ってきた機器調整とオンビームでのコミッ
ショニングの成果と評価結果を報告する。
POLANO はこれまでに中性子非弾性散乱では実現していない、100 meV 程
度の高いエネルギー領域における偏極度解析を目指す装置であり、多くの装置を有する。実際の中性子線を使った装置コミッショニングをおこない、各機器の稼働試験や、その健全性の確認などを実施した。中性子ビーム輸送の試
験、ビームプロファイルによる強度と分布、TOF 構造を測定し、更に大型真空槽の真空パージシステムの試験やアナライザーミラーの通信・駆動試験、位置敏感検出器の健全性確認と調整、位置校正などをおこなった。また、チョッ
パー類の駆動試験と調整もおこなっている。チョッパーは高回転、高ペイロー
ド、そして高い制御精度が求められる大変難しい機器であるにも関わらず、これまでの HRC での開発研究のおかげで非常に順調な運用を開始することができた。同様に HRC を主軸にして開発をおこなってきたデータ制御およびデー
タ解析ソフトウェア（YUI および HANA）の移植もおこない、コミッショニング開始時においても取得データの可視化をスムーズに実施することが可能であった。
標準試料のデータを取得し、データの健全性やバックグラウンドの評価なども行っているので併せて報告する。

P2-106T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL01

MLF 中性子分光器「四季」の現状
Status of the Neutron Spectrometer 4SEASONS in MLF
梶本亮一 1、中村充孝 1、蒲沢和也 2、稲村泰弘 1、
池内和彦 2、飯田一樹 2、石角元志 2
1 JAEA J-PARC センター、2 CROSS 中性子科学センター
四季は数 meV～数 100 meV のエネルギー領域における原子・スピンのダイ
ナミクスを最高約 5%のエネルギー分解能で測定可能な非弾性中性子散乱装置である [1]。共用装置のひとつとして国内外のユーザーにビームタイムを提供し、2019 年には鉄系超伝導、量子スピン系を中心とした分野で研究成果が生まれた [2–7]。装置整備の面では、数年来継続的に行っていた検出器の増設が本年度ついに完了し、最大散乱角は 130° となった。この高角側の検出器は近年盛んとなってきたエネルギー材料のフォノン研究等において威力を発揮すると期待される。さらに、高エネルギー中性子のバックグラウンドを低減させる T0 チョッパーを MLF 共通技術開発セクションで開発された新型機と交換した。これまで最大 25 Hz であった回転数が最大 100 Hz まで高速化されることで、高エネルギー領域（>~100 meV）での中性子強度が増加することが期待される。本発表ではこうした最近の装置の利用状況や装置の高度化の状況等について紹介する。

[1] R. Kajimoto et al., J. Phys. Soc. Jpn. 80, SB025 (2011); H. Seto et al.,Biochim. Biophys. Acta, Gen. Subj. 1861, 3651 (2017); K. Nakajima etal., Quantum Beam Sci. 1, 9 (2017); R. Kajimoto et al., Physica B 562,
148 (2019).
[2] J. Guo et al., Phys. Rev. Lett. 122, 017001 (2019).
[3] K. Iida et al., Sci. Rep. 9, 1826 (2019).
[4] J. Yamaura et al., Phys. Rev. B 99, 220505(R) (2019).
[5] K. Iida et al., Phys. Rev. B 100, 014506 (2019).
[6] M. Ishikado et al., Condens. Matter 4, 69 (2019).
[7] S. Ideta et al., Phys. Rev. B 100, 235135 (2019).

P2-107T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL01、MLF-BL02、MLF-BL06、MLF-BL12、MLF-BL14、MLF-BL23

J-PARC MLF の非弾性・準弾性中性子散乱装置
Inelastic and Quasielasitc Neutron Scattering
Instruments in MLF, J-PARC
梶本亮一 1,2、横尾哲也 1,3、中村充孝 1,2、川北至信 1,2、松浦直人 4、遠藤仁 1,3、瀬戸秀紀 1,3、伊藤晋一 1,3、中島健次 1,2、河村聖子 1,2
1 J-PARC、2 JAEA、3 KEK、4 CROSS
J-PARC・MLF には 6 ビームライン・7 台の非弾性・準弾性装置（分光器）が設置され、物質中の原子・スピンのダイナミクスの研究に供されている [1-3]。サブ meV 以上のエネルギー領域は 4 台の直接配置型分光器 HRC、アマテラス、
四季、POLANO が担っている。HRC は高エネルギー・高分解能の測定が可能なフェルミチョッパー分光器であり、さらに小角検出器によるブリルアン散乱が可能である。アマテラスは冷中性子に最適化されたディスクチョッパー分光器であり、複数のディスクチョッパーの組み合わせによってパルスの整形や分解能の柔軟な制御が可能である。 四季は高強度・高測定効率を目指して最適化された Fermi チョッパー分光器であり、そのカバーするエネルギー領域も
上記の 2 台を補完する。POLANO は上記 3 台にはない中性子偏極解析オプ
ションを備える Fermi チョッパー分光器であり、非偏極ビームによるユーザー
利用実験を開始したばかりの新しい装置である。一方、より低エネルギー側を担う装置が DNA と VIN ROSE である。逆転配置型分光器 DNA は背面反射配置の結晶アナライザーにディスクチョッパーを組み合わせ、μeV ~ meV 領
域の高分解能・高効率・高 S/N での実験が可能である。中性子共鳴スピンエ
コー分光器群 VIN ROSE はさらにサブ μeV までもの低いエネルギー領域をカバーする、MLF の分光器群で最も高エネルギー分解能の装置である。
MIEZE 型と NRSE 型と呼ばれる特徴の異なる 2 台の装置からなるが、うちMIEZE 装置のユーザー利用実験を開始したばかりの、これも若い装置である。
このように MLF の中性子分光器群は互いに補完する関係にあり、合わせて10-4 meV から 103 meV までの広いエネルギースケールの研究を可能としている。その研究対象は超伝導体、量子スピン系、エネルギー材料、非晶質材
料、液体、ソフトマター、生体物質、等、多岐にわたる。本発表では各装置の主な仕様、最近の整備・高度化および研究成果について総覧する。

[1] H. Seto et al., Biochim. Biophys. Acta, Gen. Subj. 1861, 3651 (2017).
[2] K. Nakajima et al., Quantum Beam Sci. 1, 9 (2017)[3] R. Kajimoto et al., Physica B 562, 148 (2019).

P2-108T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
PF

無酸素 Pd/Ti を利用した ICF ゼロレングス非蒸発型ゲッター
ポンプの開発とビームライン、光電子分光装置への応用
Development of ICF zero-length non-evaporable
getter pump using oxygen-free Pd/Ti and its
application to beamline and photoelectron
spectroscopy apparatus〇菊地貴司 1，佐藤裕太 2，宮澤徹也 3，大野真也 2，間瀬一彦 1,3
１KEK 物構研，2 横国大院理工，3 総研大
非蒸発型ゲッター（NEG）ポンプは、活性残留ガスに対する排気速度が大き
い、オイルフリー、無騒音、無振動、小型、軽量、活性化時以外は電力を使用しないといった特長を持つため、超高真空装置で広く使用されている。しかし従来の NEG ポンプには、1) 大気導入と活性化を繰返すと排気速度が低下す
る、 2) 活性化温度が比較的高い、3) 専用の電源が必要、4) SAES gettersが市場をほぼ独占していて高価かつ納期がかかる、といった課題がある。そこで我々は、新しい NEG 材料である無酸素 Pd/Ti 薄膜を利用した新しい
ICF203 ゼロレングス NEG ポンプ（Fig. 1）を開発した。本 NEG ポンプの特長は、
1) 125～150℃で 6 時間ベーキングして室温に戻すと水素（H2）と一酸化炭素（CO）を排気する。H2 に対する初期排気速度は 2200 L/s、 CO に対する初期
排気速度は 1500 L/s である、 2) 大気導入とベーキングを繰り返しても H2 とCO に対する排気速度が低下しない、3) 電流導入、専用電源が不要なためコストが低い、4) ターボ分子ポンプと併用すると 4×10–9 Pa まで排気できる、5)無振動、無騒音、軽量、活性化時以外では電力を使わない、などである。これ
らの特徴をもっている無酸素 Pd/Ti NEG ポンプをビームラインや光電子分光装置へ応用した結果を報告する。

Fig. 1. 無酸素Pd/Ti薄膜を利⽤して製作したICF203ゼロレングスNEGポンプの写真と断⾯図

P2-109T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL17

反射率測定用真空高温セルの開発
Development of High Temperature
Vacuum Cell for Neutron Reflectometer
吉良弘 1、吉田鉄生 1、笠井聡 1、有馬寛 1、宮田登 1、宮崎司 1、 青木裕之 2, 3
１ CROSS、 ２ JAEA- J-PARC センター、 ３ KEK-物構研
BL17 写楽での使用を前提とした、気 表 1 セルの要求性能/設計性能
要求性能
本設計案
体-固体界面の反射率測定に使用する 項目
試料サイズ φ50.8×3mm←
ためのセルの開発を行った。開発当初、 測定温度
室温～300℃←
室温→100℃
室温→300℃
ビームライン側から示された要求は表 1 昇温時間まで 10 分以下 まで 18 分の通りであった。本開発ではこれらの条 温度分布
<1℃(昇温中)←件を念頭に、有限要素法計算を利用し 測定範囲0≦θ≦70≦θ≦10低真空,て設計を進めた。また、設計を進めるに 雰囲気←
不活性ガス
あたっては、ユーザーが使いやすいデ 設置可能な
4個
3個
セル数
ザインとなるように心掛けた。
設計したセルの外観、および内部の様子を図 2 に示す。セルは上蓋、容器
下部、容器底板で構成される。内部にはヒータープレート、直径φ50.8mm・厚
さ 5mm までの試料に対応する試料ステージ、断熱板などの構造物を配置した。
測定可能範囲は厚さ 3mm の試料に対して 0≦θ≦10(deg)を確保した。
将来性を考慮して内部構造物、配線、配管などは容器底板に集約し、実験に合わせて容易に交換可能なデザインとした。ただし容器が大きく、ステージの可動範囲内には 3 台しか載せられないサイズとなった。
真空雰囲気でヒーター出力 80W 時の試料の平均温度、およびビーム照射部における最大温度差δt の時間変化についての計算結果を図 3 に示す。
25℃→300℃まで 18 分、δt～1℃で、要求性能を実現できる目途がついた。
現在、本設計に基づいたセルを製作中である。

容器上蓋
ビーム窓

容器底板

400

ヒーター
プレート
試料
断熱板
と支柱

1.6

BL17小型容器-真空加熱
試料温度の時間変化
ヒーター出力80W

300

1.2

t
200

0.8
t

100

t

容器下部

内部

温度 (℃)

外観

0.4

平均温度

0
0

平均温度
5

10

15

0.0
20

時刻 (min)

図 2 設計したセルの外観と内部の様子

図 3 ヒーター出力 80W 時の平均
試料温度とビーム照射部の温度差の計算結果

P2-110T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL03

ZeroMQ を用いたデータ収集・伝送ミドルウェアの開発
Development of data acquisition and transport middlewareusing ZeroMQ
細谷孝明（茨城大工、フロンティア応用原子科学研究センター）

J-PARC MLF では現在、KEK 素核研が開発した DAQ ミドルウェアが標準のデータ収集ミドルウェアとして多くのビームラインで用いられている。
DAQ ミドルウェアはロボット制御技術の国際標準規格である RT ミドル
ウェアの産総研実装版の OpenRTM-aist がベースになっており、それぞれの機能を持つコンポーネントが「入出力ポート」と呼ばれるもので接続され、分散ネットワークによるデータの移送を実現している。著者が所属する MLF-BL03 グループにおいては、2007 年からデータ読み出し・収集の Gatherer（独自）、データ複製の Dispatcher、データ記録の Logger（共通）、オンラインデータ解析の Monitor（独自）が運用され、多くの実験を根幹から支えてきた。DAQ ミドルウェアの特長としてコンポー
ネントの構成を config.xml とよばれる XML ファイルに記述しておけば、ミドルウェア立ち上げ時にネットワーク上に分散する各コンポーネントを起動・接続を行ってくれる。ユーザにとってこの機能は大変便利ではあるが、システム稼働中には構成が変えられないこと、起動順序はあらかじめ指定しておく必要があること、測定制御・記録の点において最重要でないコンポーネント（Monitor 等）でもエラーで停止してしまうとプログラム全体が停止してしまうこと、C++での開発に限られることなど、
これまでの十数年の運用でコンポーネント改良だけで解決できないような課題点が生じてきた。そこで本研究では、コンポーネント間の依存関係が少なく、構成・運用に柔軟性のあるミドルウェアの開発に着手した。
目標として、一部のコンポーネントが落ちたりハングアップしたりしてもシステムは稼働し続けること、システム稼働中にコンポーネント構成を変更できること、様々な言語で実装されたコンポーネントが混在できること、システムはコンポーネントの異常終了やハングアップを検知し、再起動させて再接続させること、とした。コンポーネント間の接続はSPring8 や CERN 等 で も 実 績 の あ る メ ッ セ ー ジ ン グ ミ ド ル ウ ェ ア
ZeroMQ を採用した。ZeroMQ はソース言語の C/C++だけでなく、多数の言語でバインディングされており、コンポーネントを Python で実装することも可能である。データ伝送方式として、出力先のコンポーネン
トに一斉に同じデータを送る放送型、出力先からデータを要求して、出力元がそれに応じてデータを送るオンデマンド分配型などを試験的に開発している。当日はこれまでの開発の過程および状況を報告する。

P2-111T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
PF-BL14ABC

SOI ピクセルセンサーの MLF/PF 実験への応用
Application of SOI Pixel Sensor for MLF/PF
experiment
三好敏喜 1、西村龍太郎 21
KEK 素核研, 2KEK 物構研放射光KEK の SOIPIX グループでは 2005 年度から絶縁膜上シリコン（SOI）技術を⽤いた回路センサー⼀体型放射線ピクセルセンサーの開発を⾏っている。SOI の数百 um の厚いシリコン層をセンサーとし、数⼗ nm の薄いシリコン層に SOI-CMOS 回路を形成させ、絶縁膜で分離されている両者
を⾦属ビアで接続しセンサーと回路⼀体型の放射線センサーを LSI プロ
セスで製作している。この場合両者をつなぐために数⼗ um の⾦属バンプは必要なく、⼩さいピクセル領域内に、⾼機能のピクセル回路を配置することもでき、単に発⽣電荷を読むだけでなく⾼度なデータ処理を⾏う事も可能となる。また、センサー裏⾯にボロンを蒸着すると中性⼦にも感度を持たせることができ、⾼精細の中性⼦ピクセルセンサーが実現する。これまで、様々な種類の放射線ピクセルセンサーを製作し、放射光、
⼩型 X 線発⽣装置、中性⼦源やα、β、X 線源等を⽤いて評価試験を⾏ってきた。本発表では放射光、各種放射線源、中性⼦源を⽤いた評価試
験の実例を紹介し、ミュオンのビームモニター等、MLF 実験での使⽤計画についても紹介し、幅広い領域にわたる各種物理実験での実⽤化への取り組みについて報告する。

P2-112T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
PF BL-19A

STXM における大気非暴露搬送システムの構築
Construction of non-atmospheric transport system
for STXM
山下翔平 1、八尋惇平 2、武市泰男 1、木村正雄 1
1
KEK 物構研放射光2
東レリサーチセンター
フォトンファクトリーでは、2018 年度より軟 X 線領域の新しいビームライン
BL-19 を建設し、2019 年度よりユーザー利用を開始した。BL-19 では、
APPLE-II 型アンジュレータ［1］を光源とし、可変偏角不等刻線間隔平面回折格子分光器［2］によって分光された 90-2000 eV 程度の高輝度軟 X 線を利用した実験を可能とし、コンパクト走査型透過 X 線顕微鏡（cSTXM）[3]を常設する
A ラインと、フリーポートとなる B ラインの二つで構成される。B ラインでは、
STXM の標準スペクトル測定用に全電子収量法、蛍光収量法、透過法に対応した軟 X 線吸収分光測定装置が整備され利用可能であるほか、ユーザーによって持ち込まれた装置にも対応する。最近では、エンドステーションの高度化の一つとして、嫌気性試料の観察や試料の汚染の回避を目的として BL-19Aの STXM に大気非暴露搬送システムを導入整備した（2019 年 II 期に試験評価を実施した）。嫌気性試料の実例として酸化物系固体電解質 LiLaZrO（LLZO）
や SiO 負極材料を取り扱い、スペクトルの形状とその変化から本システムの有効性を示した。本発表では、本システムの設計や整備状況について試験評
価結果とともに報告する。
本ビームラインの建設にあたり、国際競争力強化事業および新学術領域研
究「水惑星学の創成」の支援を受けており、STXM を活用した研究は、産業界におけるイノベーション創出や、環境・地球科学分野での発展が計画されている。また、大気非暴露搬送システムの構築にあたっては、JSPS 科研費 JP
19H00834 の助成を受けた。動作試験は、東レリサーチセンターとの共同研究として所内スタッフ優先ビームタイム（研究課題番号 2019PF-28）内で実施した。
[1] S. Sasaki et al., Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res., A 331, 763 (1993).
[2] K. Amemiya and T. Ohta, J. Synchrotron Rad., 11, 171 (2004).
[3] Y. Takeichi et al., Rev. Sci. Instrum., 87, 013704 (2016).

P2-113T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL18

単結晶中性子回折計 SENJU におけるリモートアクセス環境
整備
Development of the remote access environment for
the Single Crystal Diffractometer SENJU
森山健太郎 1、中尾朗子 1、宗像孝司 1、石川喜久 1、大原高志 2、鬼柳亮嗣 2、中谷健 2
1 総合科学研究機構 中性子科学センター
2 日本原子力研究開発機構 J-PARC センター
我々は J-PARC 物質・生命科学実験施設（MLF）の BL18（SENJU）において、単結晶中性子回折実験を円滑に遂行可能な環境整備を目的として、近年急速な発展を遂げているパブリッククラウドを基盤としたリモートアクセス環境の整備を進めている。今年度は代表的なパブリッククラウドの１つである Amazon
Web Services (AWS)を利用して、MLF 施設外部からリモートアクセスによりデータ解析や実験監視を行うための開発を行った。
（１） データ解析環境
SENJU では昨年度からデータ解析ソフトウェア STARGazer の Web ア
プリケーション版である STARGazer Online（SGO）の開発を進めている。
AWS で仮想サーバを利用するためのサービスである Amazon Elastic
Compute Cloud (EC2)を用いて、クラウド上に SGO の計算サーバを構築した。これにより実験ユーザーは Web ブラウザで SGO にアクセスしてデータ解析を行うことが可能である。また、リモートデスクトップ環境を提供する Amazon Workspaces を利用して Linux 環境で動作する従来版
STARGazer を利用するための解析環境も開発した。これにより、実験ユーザーの計算機スキルやニーズに応じたプラットフォーム（Web ベース/Linux 環境）でのデータ解析が可能である。
（２） 実験監視SENJU ではデータ収集及びデバイス制御のための統合的な装置制御
フレームワークである IROHA2 を用いて実験を行っている.。IROHA2 の監視モードを拡張し、AWS が提供するサーバレスコンピューティングやオブジェクトストレージ、Web 配信、メール送信などの多様なサービスと連携させることで、Web ブラウザでクラウド環境にアクセスして実験の進捗状況を確認するためのシステムを開発した。本システムでは、近年、分散処理システムの設計手法として注目されているマイクロサービスア
ーキテクチャを採用した。
本発表では、BL18（SENJU）におけるリモートアクセス環境整備の現状と各システムの詳細、今後の整備計画について報告する。

P2-114T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL02

中性子背面反射型分光器 DNA の現状と近未来計画
Current status and upgrade plan of neutron
backscattering spectrometer DNA
川北至信 1，松浦直人 2，富永大輝 2、山田武 2、小林誠 2、中川洋 1,3
1 J-PARC センター, 2 CROSS, 3 JAEA
DNA 分光器は、生体物質や高分子等のソフトマターの機能解明，電池材
料，触媒材料等の機能性材料の開発研究，磁性物質の研究など広い分野で、ピコ秒からナノ秒に亘る原子や分子、スピンなどのダイナミクスの測定に利用されている[1]。
本発表では、DNA の現状と現在進めているアップグレードの計画について報告する。2019 年夏季停止期間中には、Si311 アナライザーミラーの増設を進めた。また、長期間の経年観察より明らかになってきた窒素モニターの強度減少を解消する為に、フレッシュな窒素モニターへの交換を行った。それら分
光器のアップグレード、老朽化対策の他、エレベーター式試料交換機、バイオ用自動試料交換機、揺動型ラジアルコリメーター、シャッターコントローラーの移設など、利便性を向上させる取り組みも進めている。2019 年 7 月に行われた 1MW 試験運転の際には、デンプン水溶液試料について 3 分の測定時間でも高品質な中性子準弾性散乱データが取得できることを見出した。これら装置の整備状況・開発計画や 1MW 時実験データ、最近の成果を報告する。

References[1] K. Shibata, N. Takahashi, Y. Kawakita, M. Matsuura, T. Yamada, T. Tominaga,
W. Kambara, M. Kobayashi, Y. Inamura, T. Nakatani, K. Nakajima, and M. Arai,JPS Conf. Proc. 8 (2015), 036022.

P2-115T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL01, BL18, BL22

MLF 先進計算環境設備の実験装置データ収集システムへの導入
Installation of MLF advanced computational environment
into data acquisition system in instruments
中谷健 1、稲村泰弘 1、森山健太郎 2
1. J-PARC センター、 2. CROSS 中性子科学センター

J-PARC 物質・生命科学実験施設（MLF）では、最先端量子ビーム測定手法と数理科学の融合による中性子マテリアルズインフォマティクスの実現のた
め、MLF 先進計算環境（MLF-ACE）を整備中である。H29～30 年度においては、MLF 各実験装置のデータ収集システムにより取得される実験データを
J-PARC 研究棟サーバー室のストレージへ高速に転送・記録する設備を整備した。その仕様は以下の通りである。
(1)
ネットワーク 実験装置～実験ホール集約スイッチ：10Gbps/BL、BL スイッチ×27
 集約スイッチ～J-PARC 研究棟コアスイッチ：40Gbps×2
 コアスイッチ～ファイル共有システム：10Gbps×4
(2)
ストレージ
 容量：200TB×2（ボリューム：100TB×4）、FC スイッチ ファイル共有システム（アプライアンス型 StorNext）
 ファイル共有システム～ストレージ：16Gbps×4（FC）(3)
監視システム トラフィック監視サーバー、可視化ソフトウェア
今年度は昨年度までに整備した MLF-ACE と MLF の実験装置のデータ収集システムを接続し、データ収集システムが取得したデータをリアルタイムに
MLF-ACE ストレージに保存可能にするシステムを構築した。構築にあたって
は、既存のデータ収集システムにできる限り影響を与えないようなシステム構成を検討、実装した。MLF のデータ収集システムは基本的には標準化されているが、データ共有システムは各実験装置の状況に合わせたシステムが構築されている。MLF-ACE との接続においてはその状況に合わせたネットワーク
構成、DAQ コンポーネント配置を検討し、システムの構築を行った。
本発表では今年度構築したシステムの詳細について報告する。

P2-116T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL14

冷中性子ディスクチョッパー型分光器 AMATERASの 2019 年度
A Cold-Neutron Disk-Chopper Spectrometer
AMATERA in JFY2019
中島健次 1、河村聖子 1、古府麻衣子 1、村井直樹 1、稲村泰弘 1、
菊地龍弥 2、若井大介 3
1 J-PARC センター、2 住友ゴム、3 NAT
J-PARC 物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー型
分光器 AMATERAS は、パルス整形チョッパーと J-PARC の結合型減速材の高ピーク強度の組み合わせにより、大強度、高分解能を両立する非弾性・準弾性散乱装置であり、2009 年の稼働開始以来これまで、装置の高度化を進めながら、磁性や液体、非晶質、生体物質内のダイナミクスから産業利用に至るまで広い研究分野での利用に供されてきている[1, 2]。
2019 年度においては装置課題の他、2020 年 1 月現在一般課題 14 件、JAEA
プロジェクト課題 2 件を実施し、今後年度内にはさらに一般課題 9 件を実施する予定である。また、これまで行われてきた AMATERAS の利用の成果として、
2019 年内には、10 件の学術論文（掲載決定を含む）、4 件の学位論文、関連する成果を元にした 2 件の受賞、その他多数の学術的会合での発表等がなされた。一方で、装置の整備としては、検出器の増設、試料環境の整備等を進めてきている。装置は、建設から 10 年を経過し、故障も目立ち始めそれらに対する対応も行っている。
当日は、最近の成果例と合わせて、これら AMATERAS の近況を報告する。
Reference[1] K. Nakajima et al., J. Phys. Soc. Jpn. 80 (2011) SB028[2] 中島健次, RADIOISOTOPES 66, (2017) 101.

P2-117T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL10

J-PARC MLF におけるパルスマグネットシステムの開発
Development of Pulsed Magnet System
in J-PARC MLF
渡辺真朗１、野尻浩之２、木原工２
１ JAEA-JPARC センター、２ 東北大学-金属材料研究所、

近年、中性子や放射光をプローブとした数 10T 以上の強磁場下で行う実験・研究への要望が増えてきている。強磁場装置を用いた中性子散乱実験は、
例えば、磁場誘起相転移において、時間変化するパルス強磁場下での磁気構造の時間発展を測定することが目指されており基礎物理の課題の１つとなっている。
J-PARC MLF において、通称オレンジクライオと呼ばれる高クライオスタットを用いたパルス強磁場発生装置の開発を進めてきたが、本年度はユーザーへの利便性と実用性を飛躍的に高めるために、GM 冷凍機を利用したパルス
強磁場発生装置を開発した。本システムは、３０T まで発生可能なソレノイドコ
イル（図１）およびインサート等からなる。装置の全体写真を図２に示す。
本発表では、開発したパルス強磁場発生装置の特性・動作試験や MLF の中性子源特性試験装置（NOBORU）での中性子利用ビーム実験の結果などについて報告する。

44mm

21mm

図１：コイル外観写真

図２：パルス強磁場装置

P2-118T ＜装置開発, 新技術, ソフトウェア＞
MLF-BL08, BL09

Z-Rietveld の現状報告 2019
Report of Z-Rietveld software 2019萩原 雅人１，２、Cho Kwanghee１，２、鳥居周輝１，２、齊藤高志１，２、石川喜久３、
神山崇１，２
1 KEK 物構研、2 J-PARC センター、3 CROSS 東海
近年 J-PARC や SNS、CSNS および ESS といった次世代の加速器中性子源が整備されつつあり、大強度中性子実験を手軽に行えるようになってきた。多結晶試料による回折実験にとって、従来の加速器源や原子炉中性子源に比べて強度と分解能が格段と向上した。得られたデータはデー
タ変換を正しく行うことで以前と同様に Rietveld 法により結晶・磁気構造を行うことができる。J-PARC、MLF の粉末中性子回折装置を用いることで高いクォリティーの TOF データを得られるが、一方で解析の上ではTOF 法特有の非対称性が含まれるプロファイルを考慮することや、異なるディテクターバンクのデータを同時に扱うことも必要になる。
Z-Code プロジェクトのメインである Z-Rietveld は MLF の回折装置に最適化した Rietveld 解析ソフトウェアであり、MLF で標準的に用いられている。結晶構造解析はもとより、複数相・複数プロファイル（角度分散プロファイルや XRD も含む）の解析や、構造モデルを必要としない
Pawley 法を同時に行なうことや、Rietveld 解析後にフーリエや MEM 解析
を連続的に行うことができる。磁気構造解析についても整備されつつあり、実際に BL08 で測定されたデータを解析することができるようになった。また自動解析プログラムについて開発を進めている。今回の発表では Z-Rietveld および Z-Code プロジェクトの現状について紹介する。

P2-119U ＜教育, 広報＞

BL20A

大学院生のための新しい実習(BL20A):2019 年度の成果
Training of synchrotron radiation science forgraduate students at BL20A: Achievement in FY 2019
北島昌史 1、穂坂綱一 1、植草秀裕 1、足立純一 2、高井良太 2
東京工業大学理学院 1、KEK-PF2
東京工業大学化学専攻と放射光科学研究施設は、放射光科学の教育研究推進についての合意書および付随する覚書を 2009 年 4 月に交わした。
その下で BL20A に大学院教育を実施する目的で、大学等運営ステーションが設けられた。我々は、このような枠組みを出発点として、2011 年度の後学期から本学化学専攻および物質科学専攻(理系)の大学院生を対象とする実習｢放射光科学実習｣を発足させた。2014 年度からは、選択必修科目とすることでより多くの学生を対象とした、「計測機器演習第一」に衣替えし、さらに 2016 年度からは、東京工業大学の教育改革に伴い、新たに理学院化学系・化学コースおよびエネルギーコースの共通化学科目として、｢放射光科学実習｣を開講している。これまでに、予想以上に広い分野の学生が履修・参加し、参加した学生にも大変好評であった。
本実習のコンセプトは、‘放射光を使いこなせる人材を養成するためには、蛇口をひねれば出てくる水を使うような実習ではなく、ユーザーには見えない光源加速器の存在を意識できる実習が望まれる’、である。
そのために放射光パルスと同期した時間分解光子計数を根幹に置いた実習を BL20A で行っている。装置の概略を図 1 に示す。PF リングからのパルス放射光(幅～100 ps、繰り返し
周期 2 ns)を用いて、貴ガス原子の励 起 状 態 や H2 の 光 解 離 に よ る
H(2p)原子を生成させ、放射光パル
スと同期させて励起原子からの蛍
光を時間分解計数する。得られた
時間スペクトルから放射光パルスの時間構造を実感し、さらに解析から励起原子の寿命を求めること
図 1 実習装置の概略が主な課題である。
2019 年度も、実習に合わせて光源加速器についての講義や見学も行い、
光源加速器の存在を参加学生が体感できる実習を行った。また、運転時
間が昨年度よりも延長されたことで、参加可能な学生も増加した。
本実習を実施するにあたり、KEK-PF には大変お世話になっている。

P1-121V ＜施設・将来設計＞

3NBT

3NBTにおける1 MW⼤強度ビーム調節とその課題
Beam Turning of 1-MW High Intensity Beam and Issues at 3NBT
明午

伸⼀郎

J-PARC/JAEA
現在のJ-PARCセンターの物質・⽣命科学実験施設(MLF)では、500 kWの陽⼦ビームの利⽤運
転を⾏っており、将来には1 MWの⼤強度ビームの利⽤運転を計画している。3 GeV陽⼦輸送施設(3NBT)では、1 MWの⼤強度陽⼦ビームを陽⼦ビームの調整を2019年7⽉初旬に⾏い、10 時間において3回の停⽌のみで、利⽤率 98%以上を到達する事ができた。
3NBTのビーム調整では、⼋極電磁⽯を⽤いた⾮線形収束を核破砕中性⼦源となる⽔銀標的に適⽤し、ビームのピーク電流を低減した状態でターゲットステーションのビーム⼊射部でのビームロス低減を試みた。この結果、線形収束におけるビームのピーク密度を20%低減した状態
で、ターゲットステーションのビーム⼊射部の遮蔽体における線量を500 kW運転時よりも低減させることができた。
当⽇の発表では、2020年1⽉に実施したビームスタディの結果と1 MW運転における3NBTの今後の課題を議論する。

P2-120V ＜施設・将来設計＞
JRR-3

2019 年度現在での JRR-3 大学管理中性子ビーム装置の現状
Present Status of University-owned Neutron Beam
Instruments in FY2019
川名大地１、浅見俊夫１、杉浦良介１、大河原学 2、篠崎知子１、
山室修１、益田隆嗣１、中島多朗１、柴山充弘１1
東京大学物性研究所、2 東北大学金属材料研究所
J-PARC のリニアックに隣接する形で設置されている研究用原子炉 JRR-3 は、2011 年 3 月の東日本大震災以降長期間の停止を余儀なくされている。我々が炉室とガイドホールに設置し管理・運営する大学共同利用中性子ビーム装置 12 台についても、利用運転ができないまま 9 年以上が経過してしまった。施設設置者である日本原子力研究開発機構(JAEA)により、震災後に発足した原子力規制委員会が公布した新規制基準に対して適合性確認の手続きが進められ、2018 年 11月に原子炉設置変更許可が取得された。その後、炉室やガイドホール、付属建屋全般に対して、JRR-3 を運転するにあたって必要と判断された耐震補強工事の実施を経て、2021 年 2 月末に運転再開する予定であることが 2019 年 3 月に発表された[1]。我々は約 1 年後に迫ったこの運転再開を見据え、中性子ビーム装置群での共同利用の体制のすみやかな復活を目指して、準備を進めている。
JAEA 側からの要請に基づき、年 1 回の装置の自主点検が義務付けられている。
2019 年 2 月から 3 月にかけて実施した自主点検では、三軸分光器の各駆動軸の動作確認や検出器系の健全性確認、真空ポンプの試運転などを行なった。特に、三軸分光器のゴニオメーターの駆動軸のいくつかでは、空回りしたり、固着して動かなかったりなどの症状がみつかったため、ほぼすべてのゴニオメーターを搬出しグリース
アップのためのオーバーホールをした。また、各装置で用いている高電圧電源、波高分析器、プリアンプに対してモジュール 1 台ずつ系統的に通電し動作チェックを行った
ところ、計 27 台について故障や不具合がみつかり、修理や新品への交換が必要となった。今年度は、7 月以降より耐震補強工事が本格化しているため、炉室やガイドホールへの立ち入り作業が制限されている。更に、工事に伴う粉塵対策として実験室内の装置や試料環境機器全般に対して防炎シートによる養生を施しているため、通電して動作確認や試運転を行うことが難しい。そのため、工事完了後すみや
かに、修理や交換などの対策済みの上記の機器類を再搬入して、計画的に装置
を健全な状態に戻す必要がある。
[1] JRR-3 ユーザーズオフィス、日本原子力研究開発機構
https://jrr3uo.jaea.go.jp/pdf/topics/20190329.pdf (2020 年 1 月 23 日閲覧)

P-301W ＜施設ポスター＞

J-PARC：大強度陽子加速器施設
J-PARC/Japan Proton Accelerator ResearchComplex大原高志
J-PARC センター MLF 広報チーム
Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) は、素粒子物理、
原子核物理、物質科学、生命科学、原子力など幅広い分野の最先端研究を行うための陽子加速器群および実験施設群の呼称である。高エネルギー加速器研究機構(KEK)と日本原子力研究開発機構(JAEA)の共同事業として茨城県東海村に建設され、世界に開かれた多目的利用施設として 2008 年より運用が開始された。
J-PARC の最大の特徴は、世界最高クラスである 1MW の陽子ビームで生成する中性子、ミュオン、K 中間子、ニュートリノなどの多彩な 2 次粒子ビーム利用にある。J-PARC の陽子加速器群は 400MeV リニアック、3GeV Rapid
Cycling Synchrotron (RCS)、50GeV Main Ring (MR)から構成され、世界最高クラスの大強度陽子ビーム生成を目指している。RCS からの陽子の 90%以上は、物質・生命科学実験施設(MLF)に導かれ、パルス中性子およびパルスミュオ
ンの生成に利用される。残りの陽子は MR に導かれて更に加速され、2 箇所の実験施設で利用される。このうちハドロン実験施設には遅い取出しでビームを導き、K 中間子を用いた素粒子・原子核実験が行われる。これに対し、早い取出しで MR より蹴り出された陽子ビームはニュートリノ実験施設に導かれ、ここでパイ中間子を経由して得られたニュートリノが岐阜県のスーパーカミオカン
デに発射される(T2K 実験)。

P-302W ＜施設ポスター＞

J-PARC/物質・生命科学実験施設(MLF)
J-PARC/Materials and Life Science Experimental
Facility (MLF)大原高志
J-PARC センター MLF 広報チーム
J-PARC は世界最高レベルの陽子加速器群および 2 次粒子を利用する実験施設群であり、世界に開かれた多目的利用施設である。その中で物質・生命科学実験施設(MLF)は、出力 1MW のプロトンビームから生み出される世界最強のパルス中性子およびミュオンを用いることで、最先端の科学研究を推進することを目的としている。MLF は原子力機構および KEK が共同で管理運営しており、加えて総合科学研究機構が登録機関としてユーザー支援等に参画することで、ユーザー実験に対する手厚いサポートの実現を目指している。
MLF では 2019 年 1 月現在で 22 台の中性子実験装置と 4 台のミュオン実
験装置が稼働(コミッショニング含む)しており、加えて低温や高温、磁場、高圧といった様々な試料環境デバイスが整備されている。これらの実験装置では毎年 2 回(5 月、10 月)の一般課題公募が行われる。MLF で行われる研究分野
は物理学、化学、生物学、物質科学、地球科学、材料工学等と幅広く、基礎研
究だけでなく産業応用研究も数多く行われている。2008 年の運転開始以来国内外の大学や研究機関、更には企業に所属する数多くの研究者が実験に訪れてきた。現在は 500kW での運転を行っており、今後は 1MW を目標として段階的に出力を上げていく予定である。

図 MLF 実験ホール内の様子(左)第 1 実験ホール(右)第 2 実験ホール

P-303W ＜施設ポスター＞
MLF

J-PARC MLF における KENS 実験装置
KENS instruments at J-PARC/MLF
大友季哉
KEK 物質構造科学研究所 中性子科学研究系
物質構造科学研究所・中性子科学研究系（KENS）では、J-PARC 物質・生命科学実験施設において、８台の装置において大学共同利用を展開している（下表）。
BL
BL05
NOP
BL08
SuperHRPD
BL12
HRC
BL16
SOFIA
BL21
NOVA
BL09
SPICA
BL06
VIN-ROSE
BL23
POLANO

装置名
基礎物理実験装置

特徴
基礎物理、中性子光学研究

超高分解能粉末回折装
置
高分解能チョッパー分光器（東大物性研との共同
運営）
水平型反射率計

高分解能で粉末結晶中のわずかな構造変化を観測
磁気励起や格子振動などの素励起を高分解能中性子非弾性散乱により観測
多様な環境下における物質界面の構造を短時間で観測
水素化物の規則・不規則構造解析
を中心に、様々な物質構造を解析
蓄電池材料の構造をその場観測す
ることに特化した粉末回折装置
物質中のスローダイナミクスを観測

高強度全散乱装置
特殊環境粉末回折装置
スピンエコー装置（京大連携）
偏極中性子回折装置（東北大連携）

偏極中性子を用いて磁気励起と格子振動を分離して観測各装置においては、他大学・他機関の研究者とともに S1 型課題申請によるプロジェクト型研究が展開されている。2019A より、BL23 POLANO について
も、非偏極限定ながら一般課題の受け入れを開始した。これにより、全ての装置において一般課題が実施されることとなった。また、各装置の高度化を、
JAEA、CROSS および外部研究機関とともに進めている。
ポスターでは、KENS 装置の状況や基盤技術開発についてのサマリーを紹介する。

P-304W ＜施設ポスター＞

J-PARC ミュオン科学施設(MUSE)
J-PARC Muon Facility(MUSE)

ミュオン科学施設（MUSE）では、中性子源に至る陽子ビームライン上に20mm 厚のグラファイト第１標的、付随するスクレーパ（テーパー状にビームの通り道に穴が開いているコリメータ）群を設置し、パイオン、ミュオンを発生させている。第 1 標的からは、下流 60 度の取り出し角度で、2 本のミュオンライン（D ライン、H ライン）、上流方向には 135 度の取り
出し角度で 2 本の表面ミュオンビームライン（U ライン、S ライン）、合
計 4 本の 2 次ビームラインが引き出され、ユーザー実験に供される。
1)D ライン：57keV-50MeV 崩壊ミュオン（µ±）と表面ミュオン（µ+）が得られる汎用ビームラインであり、広く共同利用実験に供されている。崩壊 µ±は、ミュオン標的で生まれたパイオンを取り込み、長尺の超伝導ソレノイド中に閉じこめながら飛行させ、ミュオンに崩壊させる事で得られる。現在、106-7µ±/秒の崩壊ミュオンが D1、D2 実験エリアに導かれ実験に用いられている。一方、表面ミュオンビームは、ミュオン標的内で発生した正パイオンが標的中で崩壊して飛び出してくる正ミュオンで、
エネルギーは、4MeV 程度である。ビーム時間構造に合わせた正確なパル
ス形状のキッカー電磁石により 10６−７µ+/秒の世界最高強度のパルス状表
面ミュオンビームが D1、D2 実験エリアへ輸送され、実験に供されている。
2) S ライン：上記に述べた、主として物性研究に多用されている表面ミュオンビームが得られる。ビーム時間構造に合わせた正確なパルス形状の静電キッカー装置、ビームスライサーにより 106-7µ+/秒の強度のビームが 4 つの実験エリア（MLF 第１実験室）へ輸送される。2014 年 11 月に施設検査を合格し、2015 年秋にファーストビームが得られ、2017 年からは、
S1 エリアにおいて、本格的な共同利用実験が開始された。
3) U ライン：大立体角表面ミュオン捕獲軸収束電磁石、超伝導湾曲ソレ
ノイド磁石等により、D ラインを 20 倍以上上回る大強度表面ミュオンが引き出される。得られた世界最高強度表面ミュオンとパルス状レーザー
を組み合わせる事によって高輝度の超低速 µ+ビームが得られる。パルス
幅 0.5-1ns、サイズφ0.5-1mm の微小ビームが実現され、これまで不可能とされた高時間分解能で、微小な単結晶・薄膜試料をも対象とする事ができる。2016 年 2 月のユーザー運転開始直後、超低速ミュオンの発生に成功し、2019 年 12 月の段階では、毎秒 500 個の収率を得ている。
４） H ライン： ミュオニウムの超微細構造の精密測定や第 2 世代のレプトンであるミュオンから第 1 世代の電子への変換現象を精密に測定する実験、更に加速して、ミュオン異常磁気能率の精密測定（g-2）や EDM 等の比較的長期間にわたる基礎物理実験が計画されている。

P-305W ＜施設ポスター＞
PF

フォトンファクトリー
Photon Factory
放射光実験施設2019 年 4 月 1 日付で放射光実験施設が正式な組織として発足した。PF は、
放射光実験施設、放射光科学第一・第二研究系、光源加速器を担当する加速器第六研究系の４組織を中心に、機構内の各組織と連携のもとに運営されることとなった。放射光コミュニティでは、我が国の放射光科学の学術基盤を強化するために、UVSOR、HiSOR とともに学術３施設の連携と高度化を進める「放射光学術基盤ネットワーク」を形成した。
新体制発足を記念した講演会〜PF REBORN 2019〜を 7 月 20 日に開催した。
「放射光実験施設」の名称は PF 誕生時の組織名であり、放射光黎明期を牽引した PF を再誕生させ、これからの第二黎明期を牽引する構想が議論された。
学術研究を推進する施設として、引き続き多様な利用研究を支えることが PFの使命であると捉え、PF の高度化、および広い分野の利用が期待される開発研究を推進していく。
[共同利用・運転の状況] 年間の有効課題数は約 800 件、共同利用者数は約3000 名を推移している。2018 年度の運転時間は PF が 3696 時間、PF-AR が2064 時間であった。2019 年度は、前年度に引き続き、施設利用収入で運転経費を賄う「産業利用促進運転日」を７日間実施した。有償利用の希望がなかったビームラインでは共同利用課題にビームタイムが配分された。第２期運転は PF, PF-AR ともに 10 月に開始されている。PF-AR は、2019 年度から「5GeV運転」を一部のビームタイムで開始し、消費電力の大幅な抑制による運転時間の確保を図っている。
[BL の整備状況] 2018 年度より建設が開始された BL-19 は、軟Ｘ線領域の可変偏光アンジュレーターを光源とし、走査型透過 X 線顕微鏡 (STXM) 常設のA ブランチとフリーポートの B ブランチから構成されている。2019 年度 5 月より共同利用に公開された。東京大学大学院理学研究科の高橋嘉夫教授を実験責任者とする S1 課題「2018S1-001 水惑星学創成のための STXM 分析拠点の形成と応用」や、一般（G 型）課題での実験が開始されている。
この他、2018 年度の PF の活動は、PF 年報 2018 に詳しくまとめられています。
https://www2.kek.jp/imss/pf/science/publ/pfnenpo/2018/

P-305W ＜施設ポスター＞
CMRC

構造物性研究センター活動報告
Activity Report on the Condensed Matter ResearchCenter (CMRC)
門野良典１,2
１ KEK 物構研、２ J-PARC MLF
CMRC では、物構研が持つ複数の量子ビームを相補的・協奏的に使う先端的なプロジェクト研究が行われている。提案型の５つのプロジェクト、および受託研究型プロジェクトである元素戦略関係の２プロジェクト（村上 P、小野 P）、
いずれについても研究活動は終盤を迎えており、成果の最大化にむけて最後の追い込みを行なっている。本ポスター講演では、これら７プロジェクトの研究ハイライトと今後の展望について紹介する。なお、CMRC は今年度をもって終了し、新たに立ち上がる「量子ビーム連携研究センター」へとその活動が発展的に引き継がれる予定である。
1)提案型プロジェクト
量子ビームを用いた多自由度強相関物質における動的交差相関物性の解明
分子システムにおける物性制御
強相関酸化物超構造を用いた新奇量子状態の観測と制御
強相関電子系における局所構造変調が誘起する創発現象
P-V-T-dε/dt 構造物性

佐賀山基
熊井玲児
組頭広志
藤田全基
船守展正

2)受託研究型プロジェクト
量子ビームを用いた元素戦略・電子材料の研究
高性能磁性材料開発のための量子ビーム解析

村上洋一
小野寛太

P-307W ＜施設ポスター＞

構造生物学研究センター
Structural Biology Research Center
構造生物学研究センター（SBRC）は、物質構造科学研究所（IMSS）内の組織として 2000 年 5 月に発足し、2013 年１月より千田俊哉センター長を中心とした体制で研究活動を推進しています。現在、当センターには約 50 名のメンバーが所属し、約半数がビームラインの研究開発とユーザーサポートに従事し、約半数が構造生物学的研究に従事しています。
当センターは PF と PF-AR において 5 本の生体高分子の結晶構造解析用ビームラインの研究開発を行い、外部ユーザーの共同利用に供しています。ビームラインに関する最先端の研究としては、タンパク質に含まれる天然の硫
黄原子を利用した位相決定法の開発（S-SAD）や、理化学研究所（SACLA）と共同で X 線自由電子レーザーによる立体構造決定法の開発を行っています。
また同時に、独自の生命科学研究を推進し、エネルギー代謝（GTP と細胞機能）、遺伝情報とエピジェネティクス、糖鎖代謝、感染症（ピロリ菌・薬剤耐性）、
酸化還元関連酵素など、生物学的に重要な生命現象の背後にある分子機構
を立体構造情報に基づいて解明する研究に取り組んでいます。これらの研究には様々な階層での立体構造情報を取得することが必須であり、放射光における立体構造解析と電子顕微鏡や NMR による立体構造解析を組み合わせることが不可欠です。そのため、クライオ電子顕微鏡については 2018 年 3 月に導入、同年 10 月より共同利用を開始し、NMR については外部との共同研究を推し進めています。さらに、国立研究開発法人日本医療研究開発機構（AMED）が推し進める創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業（BINDS）に代表機関として参画し、構造解析ユニットの構造解析領域・タンパク質生産領域において主要な役割を担っています。
結晶用ビームライン（PX：BL-1A, 5A, 17A, NW12A, NE3A）は、主に外部のア
カデミックユーザーの共同利用に供され、放射光共同利用実験審査委員会（PF-PAC）の審査を経て、各ユーザーにビームタイムが配分されています。申請数は年々増加傾向にあり、生命活動において根源的な反応を担うタンパク質や高難度のヒト由来タンパク質などの結晶構造解析など、科学的に重要性の高い課題にビームタイムが配分される傾向があります。ビームタイムの一部は企業利用に割り当てられ、現在は国内 15 社に利用していただいており、
主に創薬の基盤情報となりうる薬剤標的タンパク質と化合物との複合体の結晶構造解析等が行われています。この目的のため、2009 年にアステラス製薬
株式会社に御協賛いただき、ハイスループットのタンパク質結晶用ビームライ
ン AR-NE3A を建設しました。また、BINDS の支援を受けて、溶液散乱用ビー
ムライン（BioSAXS：BL-10C, 15A）の高度化を積極的に推進しています。

P-308W ＜施設ポスター＞
PF

施設紹介：フォトンファクトリーにおける産学連携
Industrial Use of Synchrotron Light at the Photon Factory
君島堅一
高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所
KEK は大学共同利用機関であり、放射光実験施設(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。その一方、運転開始初期から種々の利用制度を設けて産業界の利用を推進してきた。民間企業の様々な利用形態に対応して、現在、(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) 共同利用等の利用制度を用意している。特に、「(民間)共同研究」制度は、企業研究者と PF 職員とによる問題解決形の利用制度であり、通年での研究計画が立案可能である等、他の放射光施設と異なるアプローチで企業利用を推進する制度である。制度全体での最近の産業利用の件数は、ここ数年は 40 社前後で推移しており、一般施設利用の比率が高い。PF の産業利用を分野(手法)別で分類すると、最も利用が活発なのは創薬のためのタンパク質の結晶構造解析である。国プロや産学官の共同研究等を通じて、ビームラインの各種高度化、利用支援の整備を進め、産官学全体で創薬ビームライン(群)のハイスループット化を達成している。その他では、
X 線吸収分光(XAFS)、X 線小角散乱(SAXS)、イメージング、X 線粉末回折等の手法が多用されており、手法横断的かつ他の放射光施設・中性子施設を並行して利用されることが多い。
PF では、利用者の多様な要望に柔軟に対応するため、利用制度の改革を進めている。(1) 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である。2017 年度から実稼働しており、利用実績がある。(2) 試行利用制度(L 課題)：初めて PF で実験を行なう際の実験支援等を実施して、初期利用のハードルを下げることを目指した制度である。
利用件数は年々増加しており、19 年度はこれまでに 16 課題の利用実績があった。現在は、STXM の利用に関する課題が多い。
2018 年度に引き続き、産業利用振興運転日(産促日)を実施した。本制度は、施設利用料収入の一部を活用して PF の運転時間を追加延長する試みである。
今年度は、試験的に運転期間を延長して制度の検討を行なった。その結果、施設料収入による運転の延長が可能であり、企業等による有償施設利用の時間の確保が可能であると共に、最終的に企業の PF 利用によって大学共同利用への還元につなげられることを示した。制度に一部変更を加え 2020 年度も実施する計画である。
また、PF は光ビームプラットフォームの代表機関放射光施設と大型レーザ
ー施設のネットワークであるとして、5 年間の事業計画のもと、ラウンドロビン
実験を通した標準化、施設間連携、人材育成などを進めている。

P-309W ＜施設ポスター＞
SPF-A3, SPF-A4, SPF-B1, SPF-B2

低速陽電子実験施設報告
Activity Report of the KEK IMSS Slow Positron Facility
永井康介 1, 2、望月出海 1、兵頭俊夫 1、一宮彪彦 1、小菅 隆 1、斉藤裕樹 1、濁川和幸 1、
峠 暢一 2、大沢 哲 3、池田光男 3、白川明広 3、古川和朗 3、本間博幸 3、設楽哲夫 4、岩瀬 広 5、深谷有喜 6 和田健 7、前川雅樹 7、河裾厚男 7、藤浪真紀 8、白澤哲郎 9、高橋敏男 10、石田明 11、
満汐孝治 9、星健夫 12、長嶋泰之 13
1KEK 物構研 SPF、2 東北大金研、3 KEK 入射器、4 KEK 先端加速器、5 KEK 放射線、6 原子力機
構、 7 量研、8 千葉大、9 産総研、10 東京学芸大 11 東京大、12 鳥取大、13 東京理科大

本施設では専用リニアック(～50 MeV, 600 W)で加速された電子ビームで生成した世界最高クラスの高強度低速陽電子ビームを共同利用に供している。
2019 年度は、地階テストホールにあるビームライン分岐 SPF-A3 の全反射
高速陽電子回折（TRHEPD）ステーション、同じく分岐 SPF-A4 の低速陽電子
回折（LEPD）ステーション、１階クライストロンギャラリー実験室にある分岐
SPF-B1 の汎用ステーション、同じく分岐 SPF-B2 のポジトロニウム飛行時間(Ps-TOF)ステーションで共同利用実験を行った。
2019 年度の共同利用実施課題数は 15 課題、共同利用実人数は 35 名、ユーザー実験の配分時間は 3192 時間、うち調整は 816 時間であった。
TRHEPD ステーションでは、様々な表面物質の原子配列の解析を進めている。本年度は、酸化物超薄膜の研究として重要な VO/Ag(100)表面、半導体デバイス応用に重要な Cu/S(111)表面や Mn/Si(111)表面，新奇な 2 次元電子状態を発現するボロフェン/Ag(111)表面、光触媒反応の研究に重要なアナター
ゼ型 TiO2(100), (001)表面などの測定を行った。また、計算科学を利用した汎用的なロッキング曲線解析法の開発を進めた。
LEPD ステーションでは全長が 2.5 倍長い静電レンズを開発・導入した。また、新たな位置敏感検出器を組み込んだ回折パターン計測装置を導入した。
汎用ステーションでは、ポジトロニウム（Ps)レーザー冷却用に開発したレーザーによる Ps 励起のテストを行った。
Ps-TOF ステーショ
ンでは、SiC 基板上作製したグラフェンから の ポ ジ ト ロ ニウ ム
放出を測定した。
また，多様な表面
試料作製ツールや表
面評価ツールを備えた汎用試料作製チェンバを整備中である。

P-310W ＜施設ポスター＞
J-PARC MLF

総合科学研究機構 中性子科学センターの活動
Activity of CROSS in 2019
総合科学研究機構(CROSS) 中性子科学センター 利用推進部
J-PARC の特定中性子線施設の登録施設利用促進機関である CROSS 中
性子科学センターは、J-PARC センターと連携し、中性子線共用施設（共用
ビームライン）の課題公募と選定、施設利用者に対する情報提供・相談・実験支援等を行っている。
○2019 年度の一般利用課題（短期）への申請数は全中性子ビームラインで644 件あり、そのうち共用ビームラインには 321 件の応募があった。採択数
は全中性子ビームラインで 361 件、共用ビームラインでは 158 件（うち新利用者支援事業（New User Promotion : NUP）1) 11 件含む。）であった。
○東北大学金属材料研究所（以下、「東北大金研」という。）と物質科学の研究推進に関わる連携協力協定を 2019 年 4 月 4 日に締結した。中性子研究施設の共用促進を行う CROSS は、材料科学分野の共同利用・共同研究拠点である金属材料研究所と相互の特徴と研究資源を活かした研究、人材交流及び中性子利用者の拡大に関する一層の連携協力を図り、物質科学の研究推進に貢献する。
○東北大金研-CROSS ワークショップ「J-PARC と JRR-3 の相補利用による偏極中性子科学の新展開」を東北大学（宮城）において開催した。偏極解
析に関する専門家や、理論家、東北大金研における材料研究者等を交え、偏極中性子の利用に適した新しい研究テーマや成果創出について議論を行った。また、JRR-3 と J-PARC の効果的な相補利用の議論も行った。
○高分子・ソフトマター業界の 5 つの企業のグループは学術研究チーム（3 大
学・1 大学共同利用機関法人）と協力して、機能性高分子材料開発の加速を目的とする J-PARC 初の産学連携コンソーシアム「機能性高分子コン
ソーシアム」を 2019 年 3 月 20 日に結成し、4 月 1 日から運営を開始した。
CROSS は本コンソーシアムの運営を、運営受託機関として J-PARC センター（JAEA&KEK）との協力のもと進めている。
○「放射光・中性子の連携利用に向けた合同研修会」を、2 回に亘っ てSPring-8（兵庫）において JASRI と合同で開催した。講義・実習を通して、それぞれの測定技術の特徴や利用について活発な意見交換が行われた。
○第４回中性子・ミュオンスクールを J-PARC センター等と共催した。日本中性子科学会の加倉井和久会長（CROSS）が校長を務め、中性子・ミュオンの専門家の指導のもと、大学院生及び若手研究者は中性子科学等の理解と知識を深めた。
1)

https://neutron.cross.or.jp/ja/users/trial_use/P-311W ＜施設ポスター＞
MLF-BL03,20

茨城県中性子ビームライン
Ibaraki Neutron Beam Line
茨城県産業戦略部技術振興局科学技術振興課
茨城県では，大強度陽子加速器施設（J-PARC）の物質・生命科学実験施設（MLF）に２本の中性子ビームライン（「BL03：茨城県生命物質構造解析装置（iBIX）」及び「BL20：茨城県材料構造解析装置（iMATERIA）」）を設置しています。平成 20 年 12 月の J-PARC の稼働開始と同時に供用を始め，運転維持管理や利用者支援を委託している茨城大学など関係機関とともに，中性子の産業利用に積極的に取り組んでいます。
今後は，これまでの装置の高度化から，産業利用を牽引する「先導研究」に重点を置くとともに，ユーザーがより利用しやすい環境整備に努め，
今まで以上に産業及び学術界へ貢献していきます。
中性子を産業界が利用しやすいものとするため，専門の産業利用コーディ
ネーターを２名配置し，中性子ビームの活用方法，具体的な測定方法及び申請書類の記載内容，実験終了後の解析の支援など，企業や大学からの様々な利用相談・技術相談に対応しています。また，関係機関と協力しながら，研究会や成果報告会，解析技術講習会の開催あるいは関係学協会でのブース展示など，中性子利用技術の啓発やＰＲに取り組んでいます。
産業利用課題の募集においては，平成 28 年度から，随時課題公募を拡充
し，年間を通した応募受付制度を開始しました。さらに，iMATERIA では，研究者が J-PARC に来ることなく測定データを取得できるメールインサービス（測定代行）も実施しています。メールインサービスは，実験に伴う事前手続きが大幅に軽減されることなどから，大変ご好評をいただいております。是非，ご活用ください。
【相談窓口・問合せ先】 いばらき量子ビーム研究センター 茨城県事務室
TEL：029-352-3301 E-mail：info-neutron@pref.ibaraki.lg.jp
http://www.pref.ibaraki.jp/kikaku/kagaku/j-parc/sangyou.html

BL03：茨城県生命物質構造解析装置（iBIX）

BL20：茨城県材料構造解析装置（iMATERIA）

P-312W ＜施設ポスター＞

JRR-3 再稼働後の中性子利活用研究ロードマップ（東北大学金属材料研究所 中性子物質材料研究センター）
Roadmap for neutron utilization after reoperation of JRR-3（Center of Neutron Science for Advanced Materials,
Institute for Materials Research, Tohoku University）
藤田全基
東北大学金属材料研究所
東北大学金属材料研究所（金研）では、長年に及ぶ中性子利用研究の成果を踏まえ、中性子物質材料研究センター（センター）を2010年4月に設立しました。現在、このセンターが中心となって、日本原子力研究機構の研究用原子炉JRR-3に金研が設置している3台の中性子散乱装置を、全国共同利用の枠組みの下に管理・運営しています。また、高エネルギー加速器研究機構との連係により、世界的競争力の高い偏極度解析中性子分光器POLANOの建設
をJ-PARC/MLFに進め、非偏極モードながら今年度からMLFでの共同利用研究を開始しました。
これらインフラ面での強みを最大限に活かし、材料研究での先端的中性
子利用を推進するために、センターでは、中性子プラットフォームの構築に向けた取り組みを継続的に行っています。これまでに、センター独自の共同利用・共同研究制度を整え、今年度からその運用を開始しました。このプログラ
ムの特徴は、中性子ビームを利用する実験だけでなく，装置や手法の開発，理論研究など中性子科学の推進に関する幅広い研究について、金研の装置
および知財をご活用頂ける点です。現在、国内外の多数の研究者にご利用頂
いております。また、このプラットフォームをもとにユーザー同士をつなぎ、そこから新しい研究コミュニティーを創出することも目指しています。そのために、学内外の研究グループ、および、国内外の中性子関係組織との連係も進めています。さらには、日本学術振興会の新学術領域研究で、中性子利用研究やアウトリーチ活動を進めています。一方、大学に属するセンターとして、中性子科学を軸とする若手教育と人材輩出に対する支援（施設見学、若手の学校、施設のインターンの仲介、海外派遣など）も進めています。これらの活動は、センターの理念と指針に従って、再稼働後のJRR-3での活動も見越した上で進めており、その実行プランは「金研中性子2020」(http://qblab.imr.tohoku.ac.
jp/jpn/presentation/IMR-WS.pdf)として公開しております。
量子ビームサイエンスフェスタでは、これら金研中性子センターでの取り組みと今後の活動、特にJRR-3再稼働後に行っていくことを具体的に紹介いたします。

P-313W ＜施設ポスター＞

産総研・低速陽電子ビーム施設
AIST slow positron beam facility
満汐孝治、オローク ブライアン、大島永康
産業技術総合研究所・計量標準総合センター
産業技術総合研究所（産総研）では、電子線形加速器と放射性同位体を用いた 2 つの低速陽電子ビーム源から高強度ビーム(最大強度~107/秒）を生成し、材料分析法開発や共用実験に利用している。陽電子ビームの利用ポートは 4 本あり、それぞれ、陽電子プローブマイクロアナライザー(PPMA)、陽電子寿命測定(PALS)、消滅ガンマ線ドップラー測定(CDB)、
陽電子蓄積実験(TRAP)に使用している。
PPMA や PALS では、パルス化した可変エネルギー(1 – 30 keV) 陽電子
を試料に垂直方向に入射し、消滅寿命を測定することで表面近傍の欠陥評価を行っている。それぞれの特徴は、前者はマイクロビーム（Φ0.1 mm 以下）を用いており
平面位置分解能が高く、後者は大強度ビーム（Φ10 mm）を用いており計数率が高いことである。
両装置は、文部科学省のナノテ
クノロジープラットフォーム事
業等を通して、外部ユーザーに公開されており、年間 10-20 の研究課題に利用されている[1]。
CDB と TRAP は、現在開発中である。
発表では、産総研の低速陽電子
ビーム施設の概要や測定例を紹
図：陽電子ビーム利用室景観介する。
[1] https://unit.aist.go.jp/rima/nanotech/index.html

P-314W ＜施設ポスター＞

青森県量子科学センターの現状と将来の展望
Current status and Future Prospects of Aomori
Prefecture Quantum Science Center
友寄克亮１、栃木孝夫１、徳永透子１、馬場豊美１、菊池洋好１、八戸慎吾１、村中雅人１、鹿内伸泰２
１ 青森県量子科学センター 原子力人材育成・研究開発共同体、２ 青森県
エネルギー総合対策局エネルギー開発振興課

青森県は、日本の本州の最北端に位置する県であり、この地域には多くの
原子力関連施設を有している。このような環境の中で、量子科学分野の人材育成と研究開発に積極的貢献するために青森県量子科学センター（QSC）が設置されました。QSC の RI 棟には、医療用のコンパクトサイクロトロンが設置され、2018 年 10 月から運用されています。加速器は固定エネルギーの負イオン加速器で、陽電子放出断層撮影（PET）に用いられる短寿命の放射性医薬品を製造するために 20 MeV の陽子と 10 MeV の重陽子が使用されます。加速された陽子ビームは、2 つのビームラインに輸送されます。1 つ目は Boron
Neutron Capture Therapy（BNCT）、2 つ目は Neutron Radiographic Testing（NRT）です。 9Be（p、n）反応によって生成された中性子は十分に減速され、得られた熱中性子および熱外中性子は、原子核科学、物質科学、および産業利用の研究のために実験室に提供されます。ビームラインは、粒子誘起 X 線
放出（PIXE）分析用としても分岐しており、陽子ビームを未知のサンプルに照射し、非破壊同時多元素分析が実施可能です。さまざまな放射性核種は、陽子と重陽子だけでなく熱中性子によっても生成することが可能であり、医療および工学分野に応用できます。 QSC を紹介し、将来の展望とその可用性について説明します。

P-315W ＜施設ポスター＞

JRR-3 の現状と運転再開までの想定スケジュール
Current status of JRR-3 and the expected schedule
until the operation restarts
松江秀明 1，長壁豊隆 2，阿部一英３
日本原子力研究開発機構
1 研究炉加速器技術部，2 物質科学研究センター，3 研究連携成果展開部
JRR-3 は 熱 出 力 20MW ， 炉 心 付 近 に お け る 最 大 熱 中 性 子 束 3x1014
n/(cm2sec) の我が国最大級の研究炉である．昭和 37 年に初の国産研究炉として建設され，原子力の黎明期を支える多くの研究に広く活用された後，平成 2 年に大規模な改造を行い，照射設備、ビーム実験用設備および冷中性子源装置を有する世界最高水準の実験研究が可能な汎用型研究炉に生まれ変わった。その後、種々の中性子ビーム実験，放射化分析，医療用 RI や核変換ドーピングによる Si 半導体の製造等が行われ，基礎研究から産業利用に至る幅広い分野に利用されきたが，東日本大震災以降は，新たに設けられた新規制基準に適合すべく運転を休止している．
JRR-3 では，新規制基準適合性確認に係る設置変更許可申請を平成 26
年 9 月に行い，長らくの新規制基準適合性審査を経て，平成 30 年 11 月に設置変更許可を取得した．平成 31 年 4 月からは，原子炉建家，ビームホール等の耐震補強工事を開始し，令和 3 年 2 月末の運転再開を目指している．また，耐震補強工事と並行して，炉心に近い部分の冷中性子導管の更新（令和元年 10 月完了）に代表されるビーム強度増強，装置も含めた実験設備の高度化，ユーザーズオフィスの整備など，装置の性能向上や JRR-3 の利用者する
際の利用者の利便性向上にむけた活動に取り組んでいるところである．
本ポスター発表では，JRR-3 の概要及びその強みである使いやすさ（安定したビーム強度，高エネルギー中性子やγ線のバックグランド放射線の少なさに起因する遮蔽・測定の容易さ、試料環境に広いスペースを割ける実験の自由さ）を存分に活用した多彩な中性子利用実験装置を紹介するとともに耐震補強などの進捗状況と運転再開までのスケジュールについても紹介する．
JRR-3 運転再開後，国内の中性子科学が JRR-3 と J-PARC MLF や理研の RANS 等中性子源施設との共存という新たな時代の幕開けに向かう中，日本中性子科学会「ロードマップ特別委員会」の提言[1]では，JRR-3 の利用に対する機動性の高さや利用ジャンルの多様性，さらには教育への活用の観点
からプラットフォームのハブ施設となることへの期待が述べられている．JRR-3
としてもこの期待に応えていきたい．
[1] http://www.jsns.net/jp/html/committee/roadmap_report_2018JUL.pdf

P-316W ＜施設ポスター＞
MLF-BL 共通

J-PARC MLF における BL 共通低温試料環境機器の運用・整備・コミッショニング状況
Operation, Maintenance and Commissioning of
BL-common Sample Environment instrument in
J-PARC MLF
石角元志 1、高橋竜太 2、河村聖子 2、山内康弘 2、中村雅俊 2、
坂口佳史１、渡辺真朗２、奥隆之２
１CROSS、２J-PARC Center
J-PARC MLF では、各ビームラインが整備している試料環境機器とは別にビームラインに共通する試料環境低温機器を整備している。MLF の試料環境チームに所属する低温マグネットグループでは、共通低温試料環境機器としてトップローディング 4He クライオスタット、縦磁場 7T 超伝導マグネット、希釈冷凍機インサート、3He 冷凍機などを整備している。特に、2016 年度後半からユー
ザ実験に供される低温試料環境機器の整備台数が増えたことに伴って、近年ではユーザ実験支援の課題数や使用するビームラインの数も増えている。
最近では極限環境（極低温と磁場）でのユーザ実験の数も激増しており、ビー
ムライン側からの試料環境の要望も多くなっている。これらの要望に応え、機器のさらなる性能向上と実験の効率化を目指すため、我々は、希釈冷凍機の制御温度の拡大、真空槽に鉄フレームが使用されているビームラインでの使用可能最高磁場の再検討、バックグラウンドの低減などに取り組んできた。
講演では、低温マグネットグループが整備している共通低温試料環境機器の紹介（仕様など）と近年のユーザ実験における使用実績に加えて、コミッショニ
ングの状況、特に希釈冷凍機インサートの温度制御範囲拡大・再液化時間の把握・最低温度への冷却時間短縮、3He 冷凍機の薄型輻射シールド冷却試験の詳細について報告する。

P-317W ＜施設ポスター＞
PF-BL1A、BL5A、BL6A、BL10C、BL-15A2、BL17A、PFAR-NW12A、NE3A

構造生物学研究センターの産業利用促進への取り組み
Efforts to promote industrial usage at the Structural
Biology Research Center
高エネ機構・物構研・構造生物学研究センター（長瀬里沙）
現在、構造生物学研究は学術研究だけではなく、医薬をはじめとする様々な産業においても重要な研究領域となっている。高エネルギー加速器研究機
構・物質構造科学研究所・構造生物学研究センターでは研究施設の産業利用のニーズに対応するための体制を整えている。そこで、構造生物学研究センターにおける産業利用促進に向けての取り組みについて紹介する。構造生
物学研究センターでは 5 本の結晶構造解析用ビームライン、3 本の溶液散乱用ビームライン、200kV クライオ電子顕微鏡を備えており、全ての施設において産業利用のユーザーを受け入れている。当センターでは産業利用受け入れに関わる担当者と各施設の責任者が連携して産業利用ユーザーに対応しており、学術利用と産業利用がバランスの取れた形で運用されるよう努めている。また、創薬等支援技術基盤プラットフォームを通した支援により産官学が連携した研究の促進に貢献している。

P-318W ＜施設ポスター＞（施設）

CROSS ユーザー実験準備室で電気災害を防ぐ【続報】～電気保安のさらなるポイント～
Electric Safety for CROSS Laboratories
平松英之、大内啓一、桐山幸治
総合科学研究機構 中性子科学センター
総合科学研究機構中性子科学センターでは、大強度陽子加速器施設（J-PARC）の物質・生命科学実験施設（MLF）で中性子実験を行う利用者の予備実験や実験準備のため、いばらき量子ビーム研究センター内にユーザー実
験準備室（以下、実験室という）を用意している。実験室には多数の実験機器が設置され、また、利用者（海外を含む）により外部から実験機器が持ち込まれて利用されることもある。これらの実験機器を電気的に不適切な状態（コンセントプラグの不適切な取り付けや接地されていない機器の使用など）で利用してしまうと短絡や地絡、発熱といった事象が容易に発生し、最悪の場合には感電や火災等の重大な災害が発生する。
こういった事象を防ぐには、電気関係の法令（電気用品保安法、電気工事士法、電気設備技術基準、労働安全衛生法等）や規格（日本産業規格や内線規程等）を理解することは勿論のこと、過去事例や想定される不安全な状況を予測し、対策することが重要である。
本報告では、不注意や不十分な知識が原因で起こり易いと予想される電気
保安上気を付けるべき 10 のポイントを前回[1]に引き続き報告する。これらのポイントを実験室の利用者や管理者が意識して作業準備や機器整備をすれば、感電や火災のリスクを十分に抑えることができると考える。
出典：
平松英之、大内啓一、桐山幸治、CROSS T&T 63 号（2019）.
参考文献：[1] 平松英之、大内啓一、桐山幸治、CROSS T&T 61 号（2019）