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-19A

cSTXM 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 50nm 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 ReconstructionTechnique(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。