SPring-8
SPring-8 利用研究成果集
利用研究成果集
2013A1108
2015B1623

SectionSection
B B

BL14B2
BL28B2

低温 XAFS 測定自動化システムの開発
X線
CT
および
線回折連成によるセメントと岩の相互作用の解析
Application ofXAutomatic
System for Low Temperature XAFS
Analysis on Interaction of Cement
and Rock using Integrated X-ray CT and
Measurement
X-ray Diffraction
大渕 博宣, 谷口 陽介, 平山 明香, 高垣 昌史, 本間 徹生a, 鵜山 雅夫
尚 aHirayama,
Hironori Ofuchi, Yosuke Taniguchi,人見SayakaMasafumi Takagaki, Tetsuo Honmaa
Takashi Hitomi , Masao Uyamab(公財)高輝度光科学研究センターa(株)大林組
JASRI
a
Obayashi. Co., Ltd.
低温雰囲気下における XAFS 測定の高効率化及び利便性の向上を目的に、低温 XAFS 測定を自高レベル放射線廃棄物処分場(以下、処分場)は大深度地下での建設が検討され、坑道の母岩とそれに動化するプログラムを開発した。これにより、異なる測定温度が最大で 10 点、試料数が最大で接するセメント系材料に対し、セメント系材料の影響の長期予測が求められている。本課題では、予15 個の低温雰囲気下での XAFS 測定を自動で行うことが可能となった。
測システム構築に資する知見の取得を目的として処分場に用いられる岩盤とセメント系材料の境界について
X 線 CTXAFS、低温、自動化と X 線回折を組み合わせた分析を行い、鉱物の試料サイズと XRD の検出感度に関しキーワード：て考察し、次いでスイスより採取した花崗岩とセメントが接する試料の観察を行い、花崗岩側には背景と研究目的：
Quartzのピークを見出したが、セメント側からの作用による Calcite の存在を確認するには至らなかっ
大型放射光施設(SPring-8)の産業利用Ⅱビームライン BL14B2 は、放射光の産業利用の促進を目た。
的としたビームラインである。この実験ハッチでは、産業界ユーザーの多い XAFS 測定のためのキーワード： 花崗岩、セメント、非破壊 CTXRD 連成観察、相互作用試験装置が設置されており、広範な利用者の要求に応えることが要請されている。その中で、低温冷凍機は低温雰囲気下での XAFS 測定を行うために導入されている。低温雰囲気下で XAFS 測
背景と研究目的：
定を行うことでDebye-Waller 因子を減衰させることができ、EXAFS 振動の減衰が抑えられる。こ
高レベル放射線廃棄物処分場(以下、処分場)は大深度地下での建設が検討され、坑道の母岩とそれれにより、室温で測定したデータに比べてEXAFS 振動の S/N が向上する、フーリエ変換後の動に接するセメント系材料に対し、セメント系材料の影響の長期予測が求められている。処分場は廃棄径構造関数において高結合長側までのピークが観測できる、といった利点が生じる。
物格納容器や止水材などの人工バリアと母岩の天然バリアから構成されるが、これらの相互作用に関
現在、複数試料の低温温度可変測定の自動化を目指し装置改良を行っている。以前我々は、する知見はほとんど存在しない。Savage
らや大和田らが浸漬試験による短期間の研究を実施し、花崗
BL14B2 では従来よりも冷却性能の高い低温冷凍機(岩谷瓦斯社製、型式：HE05)を導入し、試料岩のアルカリ作用による粘土鉱物化について報告している[1, 2] 。ただし、精度は十分とは言えず、ホルダーに一度に取り付けられる試料数を 5 個から 15 個に増やすことで、試料交換に伴う測定時[1]
詳細な観察までは至っていない。このため安全評価に資する知見の取得を目指し、本測定の目的を、間のロスを減らせるように改善した 。しかしながら、試料ホルダーに取り付ける試料数を従来
母岩とセメント系材料の境界について相互作用の有無を求めることとした。当初計画では、構成鉱物
よりも増やした場合、試料毎の位置及び測定温度の調整が煩雑になり、XAFS 測定初心者の多いや、実試験場からの採取試料の劣化試験を実施する予定であったが，採取作業が遅れたため、第一回
産業利用分野のユーザーにとっては扱いづらいものとなる。そこで本実験では、測定試料の位置の測定は構成鉱物の測定による試料幅の影響を検討し、第二回の測定で採取した試料の観察を行った。
調整、温度調整、測定条件の設定を自動化するシステムを開発し、動作試験を行うことを目的とする。低温 XAFS 測定の自動化システムを構築することで、試料交換や測定温度切り替えの手間
実験：を簡略化することができ、測定の利便性の向上、及び測定に必要な時間の短縮に繋がる。これに実験 1 として、花崗岩やセメント硬化体を構成す
より、低温
XAFS 測定を利用するユーザーの拡大が期待できる。
る鉱物の試料幅による XRD 回折プロファイル (以下、回折プロファイル) への影響を検討し、実験 2 と実験：してスイスの実物大放射性廃棄物模擬処分試験場か本実験では、図 1 のような低温 XAFS 測定自動化プログラムとそれに連携する温度コントロー
ら採取したサンプルの分析を試みた。
ラ制御プログラム、試料位置を調整するために低温冷凍機支持ステージの制御プログラムを用い
図 1 各スリットの配置
測定条件は以下のとおりである。X
線 CT では、て、低温雰囲気下での自動XAFS 測定を行った。このプログラムでは試料ホルダーに取付けた
15
単結晶シリコンの(111)面の回折を用いてエネルギー個の試料に対し、異なる温度(最大 10 点)、試料名、ファイル名、測定範囲・間隔、積算時間、繰
を
25 keV に単色化し、露光時間を 150 ミリ秒、投影り返し回数、ゲイン調整条件を設定し、自動でQuick XAFS 測定を行うことが可能である。低温数を1500 とした。CCD カメラは C4880-41S11440冷凍機はビームライン常設のものを使用し、試料ホルダーは図2 のように 3 行×5 列の計 15 個の10Cで、ビームモニターは
M11427-42を用いた。
画
試料が取付け可能なものを低温冷凍機に取付けた。試料ホルダー温度の計測にはシリコンダイオ
素数は、上下左右とも768、画素長は水平方向が 7.25
ードセンサー(Lake
Shore
社製、DT-670-CU(校正付))を用いた。温度センサーは試料ホルダーの下μm、鉛直方向は5.10μmで、視野としては高さ部側面に取付け、温度コントローラ(Lake Shore3.92
社製、335 型)を用いて試料ホルダーの温度を PID
mm で、横幅 5.57 mm である。
制御した。測定試料は、Cu
箔、Fe 箔、Fe3O4、-Fe2O3、FeO、NiFe2O4、Co 箔、Co3O4、CoO を
X 線回折では，BL28B2 の白色光源を用い、回折角用いた。データ解析には
XAFS 解析プログラム
Athena、Artemis[2]、及び FEFF8.4[3]を用いた。温(2θ) は 20°でエネルギー分散型 XRD プロファイル
度コントローラ制御プログラムでは、1秒毎に温度センサーから温度を読み取り、近接 15 秒間のを得た。回折 X 線のエネルギースペクトルの測定に
図 2 セメント-花崗岩供試体
温度の平均が温度コントローラ設定温度の±0.3K、近接 15 秒間の温度の分散が0.001 K2 となっは半導体検出器を用いた。図１にた時点で XAFS GLP-16195/10-P
測定を開始するように設定を行った。

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SectionSection
B B

BL14B2示す配置で、スリット幅は S1 で 0.050 mm、S2 で 0.025 mm および S3 で 0.150 mm とした。エネ
ルギーの分解能に関しては、
0.00039 [rad]低温スリット距離と画素長の関係より検出器の取り込み角度がXAFS 測定自動化システムの開発
で、ブラッグの回折条件の微分より、取り込み角度とエネルギー分解能E との関係がθ/tanθ=E/E
ApplicationkeVof の場合、エネルギー分解能E
Automatic System for Low
Temperature
XAFS
であることを用い、50は 0.11keV となる。しかし、検出器の仕Measurement X 線は，水平方向の幅は 0.15 mm、鉛直
様上、エネルギー分解能は 0.5 keV 程度と考えられる。入射方向は 0.05 mm のマイクロビームとした。測定時間は一点あたり 5 分として、測定期間内は供試体を大渕 博宣, 谷口 陽介, 平山供試体の回転によって、明香, 高垣 昌史, 本間測定領域は円盤状になり、徹生
回転させて多くの結晶情報を取り込むこととした。
Hironori
Ofuchi,
YosukeTaniguchi,
SayakaHirayama,
Masafumi
Takagaki,
Tetsuo Honma
ビームの強度分布を考慮しそのサイズを求めた結果、直径はおよそ 0.2 mm 程度となった。
実験 1 では、試料として、セメント硬化体に関連するものとして、Portlandite (水酸化カルシウム)、(公財)高輝度光科学研究センター
Calcite (炭酸カルシウム)を対象とし、花崗岩に関連するものとして Biotite (黒雲母)、Albite (曹長石)をJASRI選定し、これらの純物質を測定対象とした。試料幅(透過厚み)の影響を調べるため、各試料を乳鉢で粉砕後、内径0.8 mm の低吸収ガラスキャピラリ―および内径
1 mm と 3 mm で厚さXAFS
0.3 mmのアル低温雰囲気下における
XAFS 測定の高効率化及び利便性の向上を目的に、低温測定を自
ミニウム製の筒状の容器に封入し、回折プロファイルを測定した。
動化するプログラムを開発した。これにより、異なる測定温度が最大で 10 点、試料数が最大で2 においては、X 線XAFS
CT による形状観察と、実験
1 で得られた各鉱物のピーク情報を基にした
15実験
個の低温雰囲気下での測定を自動で行うことが可能となった。
マイクロビームによる局所 XRD との連成によって、スイスで実施中の実物大模擬試験場より採取したセメントと花崗岩の接合面を含む領域を供試体として、これを対象とした材料間の相互作用の可能キーワード： XAFS、低温、自動化
性についての検討を行った。供試体は、CT の視野に収まるよう、約 3.5 mm の幅、高さは 5 mm 以上とした。図2 に供試体の外観を示す。BL28B2 において CT によって内部の状態を確認し、関心領域を背景と研究目的：
定めて局所
X 線回折より、鉱物組成を求める手順で測定 BL14B2[3] を行った。
大型放射光施設(SPring-8)の産業利用Ⅱビームライン
は、放射光の産業利用の促進を目的としたビームラインである。この実験ハッチでは、産業界ユーザーの多い XAFS 測定のための結果および考察：試験装置が設置されており、広範な利用者の要求に応えることが要請されている。その中で、低まず、実験 1 について記す。図3 に測定を行うために導入されている。低温雰囲気下でCalcite の回折プロファイルを示す。図中の 0.8cap は前述のキ
温冷凍機は低温雰囲気下での
XAFS
XAFS 測ャピラリ―、1mm
および3mm
はアルミ製容器を表す。それぞれのデータは400
カウント分ずつずら
定を行うことで Debye-Waller 因子を減衰させることができ、EXAFS 振動の減衰が抑えられる。こして表示した。加えて、ICSD のデータベースより求めた回折プロファイルのピークを抽出し点線で付れにより、室温で測定したデータに比べてEXAFS 振動の S/N が向上する、フーリエ変換後の動記した。0.8mmの結果では多くのピークと一致する結果となった。
径構造関数において高結合長側までのピークが観測できる、といった利点が生じる。
現在、複数試料の低温温度可変測定の自動化を目指し装置改良を行っている。以前我々は、
BL14B2 では従来よりも冷却性能の高い低温冷凍機(岩谷瓦斯社製、型式：HE05)を導入し、試料ホルダーに一度に取り付けられる試料数を 5 個から 15 個に増やすことで、試料交換に伴う測定時間のロスを減らせるように改善した[1]。しかしながら、試料ホルダーに取り付ける試料数を従来よりも増やした場合、試料毎の位置及び測定温度の調整が煩雑になり、XAFS 測定初心者の多い
産業利用分野のユーザーにとっては扱いづらいものとなる。そこで本実験では、測定試料の位置調整、温度調整、測定条件の設定を自動化するシステムを開発し、動作試験を行うことを目的とする。低温 XAFS 測定の自動化システムを構築することで、試料交換や測定温度切り替えの手間を簡略化することができ、測定の利便性の向上、及び測定に必要な時間の短縮に繋がる。これにより、低温 XAFS 測定を利用するユーザーの拡大が期待できる。
実験：
本実験では、図のような低温XAFS 測定自動化プログラムとそれに連携する温度コントロー
図 3 1Calciteの回折プロファイル
図 4 Portlandite の回折プロファイル
ラ制御プログラム、試料位置を調整するために低温冷凍機支持ステージの制御プログラムを用いて、低温雰囲気下での自動 XAFS 測定を行った。このプログラムでは試料ホルダーに取付けた 15個の試料に対し、異なる温度(最大 10 点)、試料名、ファイル名、測定範囲・間隔、積算時間、繰
り返し回数、ゲイン調整条件を設定し、自動で Quick XAFS 測定を行うことが可能である。低温
冷凍機はビームライン常設のものを使用し、試料ホルダーは図 2 のように 3 行×5 列の計 15 個の試料が取付け可能なものを低温冷凍機に取付けた。試料ホルダー温度の計測にはシリコンダイオ
ードセンサー(Lake Shore 社製、DT-670-CU(校正付))を用いた。温度センサーは試料ホルダーの下部側面に取付け、温度コントローラ(Lake Shore 社製、335 型)を用いて試料ホルダーの温度を PID制御した。測定試料は、Cu 箔、Fe 箔、Fe3O4、-Fe2O3、FeO、NiFe2O4、Co 箔、Co3O4、CoO を用いた。データ解析には XAFS 解析プログラム Athena、Artemis[2]、及び FEFF8.4[3]を用いた。温度コントローラ制御プログラムでは、1 秒毎に温度センサーから温度を読み取り、近接 15 秒間の温度の平均が温度コントローラ設定温度の±0.3K、近接図
156秒間の温度の分散が0.001 K2 となっ
図 5 Albite の回折プロファイル
Biotite の回折プロファイル
た時点で XAFS 測定を開始するように設定を行った。

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BL14B2

低温 XAFS 測定自動化システムの開発
Applicationof Automatic System for花崗岩
Low Temperature XAFS
花崗岩
Measurement
大渕 博宣, 谷口 陽介, 平山 明香, 高垣 昌史, 本間 徹生
Hironori Ofuchi, Yosuke Taniguchi, Sayaka Hirayama, Masafumi Takagaki, Tetsuo Honma
セメント(公財)高輝度光科学研究センター
JASRI

セメント

低温雰囲気下における XAFS 測定の高効率化及び利便性の向上を目的に、低温 XAFS 測定を自図 7 セメント-花崗岩供試体断面
図 8 セメント-花崗岩供試体縦断面動化するプログラムを開発した。これにより、異なる測定温度が最大で10 点、試料数が最大で
(上端から
390
レイヤー，境界部分)
15 個の低温雰囲気下での XAFS 測定を自動で行うことが可能となった。
キーワード： XAFS、低温、自動化
背景と研究目的：
大型放射光施設(SPring-8)の産業利用Ⅱビームライン BL14B2 は、放射光の産業利用の促進を目的としたビームラインである。この実験ハッチでは、産業界ユーザーの多い XAFS 測定のための試験装置が設置されており、広範な利用者の要求に応えることが要請されている。その中で、低温冷凍機は低温雰囲気下での XAFS 測定を行うために導入されている。低温雰囲気下で XAFS 測定を行うことで Debye-Waller 因子を減衰させることができ、EXAFS 振動の減衰が抑えられる。これにより、室温で測定したデータに比べて EXAFS 振動の S/N が向上する、フーリエ変換後の動径構造関数において高結合長側までのピークが観測できる、といった利点が生じる。
現在、複数試料の低温温度可変測定の自動化を目指し装置改良を行っている。以前我々は、
図 9では従来よりも冷却性能の高い低温冷凍機(岩谷瓦斯社製、型式：HE05)を導入し、試料
Point1~4 の回折プロファイル
図 10 各 Point と Quartz プロファイルとの比較
BL14B2
ホルダーに一度に取り付けられる試料数を 5 個から 15 個に増やすことで、試料交換に伴う測定時[1]
図 4～図 6 に、Portlandite、Albite、Biotiteの結果を示す。試料径が大きくなるにつれて、回折強度が間のロスを減らせるように改善した。しかしながら、試料ホルダーに取り付ける試料数を従来小さくなる傾向、さらに、20 keV 以下の信号が小さくなり、試料径 3 mm ではほとんど信号が得られよりも増やした場合、試料毎の位置及び測定温度の調整が煩雑になり、XAFS
測定初心者の多いない結果となった。この結果、すべての試料径において、一致するエネルギー範囲は 20 -40 keV であ
産業利用分野のユーザーにとっては扱いづらいものとなる。そこで本実験では、測定試料の位置る結果を得た。
調整、温度調整、測定条件の設定を自動化するシステムを開発し、動作試験を行うことを目的と
次いで、実験
2 の結果について記す。まず、X線 CT について、図 7 にセメントと岩の境界部であ
する。低温
XAFS
測定の自動化システムを構築することで、試料交換や測定温度切り替えの手間る、上端から 390 レイヤーの断面を示す。図中の左側が岩、右側がセメント部分である。セメントにを簡略化することができ、測定の利便性の向上、及び測定に必要な時間の短縮に繋がる。これには細砂が散見され、厳密にはモルタルであった。セメントと花崗岩の境界は密着しており、境界に空より、低温
XAFS 測定を利用するユーザーの拡大が期待できる。
隙は存在しないと判断された。岩側は均一ではなく結晶粒が入り組んだ状態にあることを示唆する結実験：果を得た。図 7 に示す 1 ~ 4 の領域 (以下、Point と表記：測定点 (前述の通り直径 0.2 mm )) に関し、
本実験では、図1 のような低温 XAFS
測定自動化プログラムとそれに連携する温度コントロー
XRD
プロファイルの取得を行った。図7に
ラ制御プログラム、試料位置を調整するために低温冷凍機支持ステージの制御プログラムを用いは図6 中の赤線で示した縦断面と測定点のて、低温雰囲気下での自動測定を行った。このプログラムでは試料ホルダーに取付けた 15
断面への射影位置を示す。図XAFS
8 においても、個の試料に対し、異なる温度(最大10 点)、試料名、ファイル名、測定範囲・間隔、積算時間、繰
セメントと花崗岩が密着していることが確
り返し回数、ゲイン調整条件を設定し、自動でQuick XAFS 測定を行うことが可能である。低温認できた。特にPoint 2 および Point 3 にお冷凍機はビームライン常設のものを使用し、試料ホルダーは図2 のように 3 行×5 列の計 15 個のいてそれぞれ界面に接近する位置にあるこ試料が取付け可能なものを低温冷凍機に取付けた。試料ホルダー温度の計測にはシリコンダイオとがわかった。それぞれ、境界から 30 μm のードセンサー(Lake
Shore 社製、DT-670-CU(校正付))を用いた。温度センサーは試料ホルダーの下距離にあり、マイクロビームの高さ方向の幅部側面に取付け、温度コントローラ(Lakeが 50 μm で上下に 25 μm の幅を持つことShore 社製、335 型)を用いて試料ホルダーの温度を PID制御した。測定試料は、Cu
箔、Fe 箔、Fe3O4、-Fe2O3、FeO、NiFe2O4、Co 箔、Co3O4、CoO をを考えると、境界両側の異なる材料の信号の用いた。データ解析にはXAFS混入の可能性は排除できない。 解析プログラム Athena、Artemis[2]、及び FEFF8.4[3]を用いた。温度コントローラ制御プログラムでは、1秒毎に温度センサーから温度を読み取り、近接 15 秒間の
図 9 に横軸をエネルギー、縦軸を X 線回
温度の平均が温度コントローラ設定温度の±0.3K、近接 15 秒間の温度の分散が 0.001 K2 となっ
折強度とした回折プロファイルを示す。な
図 11 各 Point と Portlandite プロファイルとの比較
た時点でXAFS 測定を開始するように設定を行った。
お、それぞれの結果には400 の倍数を加えて－259－

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B B

BL14B2表示した。岩側に属する Point 1 および Point 2 では、強度が異なるもののピーク位置はおおむね一致する結果となった。 低温 XAFS 測定自動化システムの開発
また、Point 2 および 3 においては信号強度が低of Automatic System for Low Temperature XAFS
く、特にApplication
20 keV 以下のエネルギーではピークがMeasurement
見られない傾向が見られた。この結果は実験
1の結果と呼応し、試料内部での測定点は、低エネル
大渕博宣, 谷口 陽介,X平山
ギー側で顕著であるが、全エネルギー領域で線 明香, 高垣 昌史, 本間 徹生
Hironori
Ofuchi,
YosukeTaniguchi,
Sayakaが供試体に吸収されたと推定された。図 10 に各 Hirayama, Masafumi Takagaki, Tetsuo Honma
Point と Quartz との回折プロファイルと併記した(公財)高輝度光科学研究センター
結果を示す。各 Point では、いずれも Quartz と一JASRI
致する結果となった。セメント側では、混和した
砂の影響と思われ、両側ともQuartzが主成分とし低温雰囲気下におけるXAFS
測定の高効率化及び利便性の向上を目的に、低温
XAFS 測定を自て含有されることを示す結果となった。図11 に動化するプログラムを開発した。これにより、異なる測定温度が最大で10 点、試料数が最大で
図 12 各 Point と Calcite プロファイルとの比較
Portlanditeとの結果を示す。
いずれのPoint におい
15 個の低温雰囲気下でのXAFS
測定を自動で行うことが可能となった。
ても一致は見られなかった。一般的にセメントの水和が進行するに伴い、Portlandite
は消費される
キーワード： XAFS、低温、自動化傾向にあり、セメント側にも残留していなかったと考えられた。図
背景と研究目的：12 に Calcite との結果を示す。
花崗岩側である
Point1 および Point2 でも Calcite
大型放射光施設(SPring-8)の産業利用Ⅱビームライン
BL14B2 は、放射光の産業利用の促進を目のピークと一致しているように見えるが、図9に的としたビームラインである。この実験ハッチでは、産業界ユーザーの多い
XAFS 測定のための示す、
Quartz のピークとほとんど一致する結果と試験装置が設置されており、広範な利用者の要求に応えることが要請されている。その中で、低なり、Calcite の存在を判定することは困難であっ温冷凍機は低温雰囲気下でのXAFS 測定を行うために導入されている。低温雰囲気下で XAFS 測た。図13 に Biotiteとの比較結果を示す。Biotite
定を行うことでDebye-Waller
因子を減衰させることができ、EXAFS 振動の減衰が抑えられる。こもQuartz のピークと多くの点で一致する結果とれにより、室温で測定したデータに比べてEXAFS 振動の S/N が向上する、フーリエ変換後の動なり、存在の判定は困難であった。
径構造関数において高結合長側までのピークが観測できる、といった利点が生じる。
図 13 各 Point と Biotite プロファイルとの比較
当初は、
コンクリート側からのカルシウムを主現在、複数試料の低温温度可変測定の自動化を目指し装置改良を行っている。以前我々は、成分とした高アルカリ溶液が花崗岩に作用する
BL14B2 では従来よりも冷却性能の高い低温冷凍機(岩谷瓦斯社製、型式：HE05)を導入し、試料シナリオを想定していたが、XRDによる判定はホルダーに一度に取り付けられる試料数を5 個から 15 個に増やすことで、試料交換に伴う測定時困難であった。
間のロスを減らせるように改善した[1]。しかしながら、試料ホルダーに取り付ける試料数を従来また、当初計画では、多くの供試体採取を行い、よりも増やした場合、試料毎の位置及び測定温度の調整が煩雑になり、XAFS
測定初心者の多い分析に供する予定であった。
採取を対象とした模産業利用分野のユーザーにとっては扱いづらいものとなる。そこで本実験では、測定試料の位置
セメント
擬試験場の環境は非常に乾燥しており、図14 に調整、温度調整、測定条件の設定を自動化するシステムを開発し、動作試験を行うことを目的とセメント
示すように、乾燥によりセメント側が多く収縮しする。低温 XAFS
測定の自動化システムを構築することで、試料交換や測定温度切り替えの手間ており、花崗岩から離れてしまっているものも多を簡略化することができ、測定の利便性の向上、及び測定に必要な時間の短縮に繋がる。これにく採取された。
実際の分析に供することができたより、低温 XAFS
測定を利用するユーザーの拡大が期待できる。
ものはごくわずかであり、試験自体の条件設定に実験：再考を要する結果であったともいえる。
花崗岩
本実験では、図 1 のような低温 XAFS 測定自動化プログラムとそれに連携する温度コントロー
今後の課題：
ラ制御プログラム、試料位置を調整するために低温冷凍機支持ステージの制御プログラムを用い
図 14 採取した供試体の例
現在分析は継続中であり、測定した
XRD プロて、低温雰囲気下での自動XAFS 測定を行った。このプログラムでは試料ホルダーに取付けた
15（セメント側が収縮し花崗岩から離れたもの）
ファイルとデータベースより求めた鉱物との比個の試料に対し、異なる温度(最大10 点)、試料名、ファイル名、測定範囲・間隔、積算時間、繰較方法や、今回想定しなかった別の鉱物の可能性 Quick XAFS 測定を行うことが可能である。低温
り返し回数、ゲイン調整条件を設定し、自動でに関する考察などを加え、相互作用の有無に関し詳細な考察を加えていく。
冷凍機はビームライン常設のものを使用し、試料ホルダーは図2 のように 3 行×5 列の計 15 個の試料が取付け可能なものを低温冷凍機に取付けた。試料ホルダー温度の計測にはシリコンダイオ
参考文献：ードセンサー(Lake
Shore 社製、DT-670-CU(校正付))を用いた。温度センサーは試料ホルダーの下[1]D.
Savage,
et
al.,
Appl.
Clay Sci. 7, 33 (1992).Shore 社製、335 型)を用いて試料ホルダーの温度を PID部側面に取付け、温度コントローラ(Lake
[2]
大和田
他、JNC
TN8400(2000).
制御した。測定試料は、Cu 2000-027
箔、Fe 箔、Fe
3O4、-Fe2O3、FeO、NiFe2O4、Co 箔、Co3O4、CoO を[3] 梶原堅太郎 他、第 67 回セメント技術大会講演要旨、82 (2013).
用いた。データ解析には XAFS 解析プログラム Athena、Artemis[2]、及び FEFF8.4[3]を用いた。温度コントローラ制御プログラムでは、1 秒毎に温度センサーから温度を読み取り、近接 15 秒間の温度の平均が温度コントローラ設定温度の±0.3 K、近接 15 秒間の温度の分散が 0.001 K2 となった時点で XAFS 測定を開始するように設定を行った。

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SPring-8 利用研究成果集
利用研究成果集
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SectionSection
B B

BL14B2©JASRI低温 XAFS 測定自動化システムの開発
of Automatic
SystemforAugust
Low17,Temperature
XAFS(Received:Application
May 26, 2015; Accepted:
July 18, 2017;
Published:2017)
Measurement
大渕 博宣, 谷口 陽介, 平山 明香, 高垣 昌史, 本間 徹生
Hironori Ofuchi, Yosuke Taniguchi, Sayaka Hirayama, Masafumi Takagaki, Tetsuo Honma(公財)高輝度光科学研究センター
JASRI
低温雰囲気下における XAFS 測定の高効率化及び利便性の向上を目的に、低温 XAFS 測定を自動化するプログラムを開発した。これにより、異なる測定温度が最大で 10 点、試料数が最大で15 個の低温雰囲気下での XAFS 測定を自動で行うことが可能となった。
キーワード： XAFS、低温、自動化
背景と研究目的：
大型放射光施設(SPring-8)の産業利用Ⅱビームライン BL14B2 は、放射光の産業利用の促進を目的としたビームラインである。この実験ハッチでは、産業界ユーザーの多い XAFS 測定のための試験装置が設置されており、広範な利用者の要求に応えることが要請されている。その中で、低温冷凍機は低温雰囲気下での XAFS 測定を行うために導入されている。低温雰囲気下で XAFS 測定を行うことで Debye-Waller 因子を減衰させることができ、EXAFS 振動の減衰が抑えられる。これにより、室温で測定したデータに比べて EXAFS 振動の S/N が向上する、フーリエ変換後の動径構造関数において高結合長側までのピークが観測できる、といった利点が生じる。
現在、複数試料の低温温度可変測定の自動化を目指し装置改良を行っている。以前我々は、
BL14B2 では従来よりも冷却性能の高い低温冷凍機(岩谷瓦斯社製、型式：HE05)を導入し、試料ホルダーに一度に取り付けられる試料数を 5 個から 15 個に増やすことで、試料交換に伴う測定時間のロスを減らせるように改善した[1]。しかしながら、試料ホルダーに取り付ける試料数を従来よりも増やした場合、試料毎の位置及び測定温度の調整が煩雑になり、XAFS 測定初心者の多い
産業利用分野のユーザーにとっては扱いづらいものとなる。そこで本実験では、測定試料の位置調整、温度調整、測定条件の設定を自動化するシステムを開発し、動作試験を行うことを目的とする。低温 XAFS 測定の自動化システムを構築することで、試料交換や測定温度切り替えの手間を簡略化することができ、測定の利便性の向上、及び測定に必要な時間の短縮に繋がる。これにより、低温 XAFS 測定を利用するユーザーの拡大が期待できる。
実験：
本実験では、図 1 のような低温 XAFS 測定自動化プログラムとそれに連携する温度コントロー
ラ制御プログラム、試料位置を調整するために低温冷凍機支持ステージの制御プログラムを用いて、低温雰囲気下での自動 XAFS 測定を行った。このプログラムでは試料ホルダーに取付けた 15個の試料に対し、異なる温度(最大 10 点)、試料名、ファイル名、測定範囲・間隔、積算時間、繰
り返し回数、ゲイン調整条件を設定し、自動で Quick XAFS 測定を行うことが可能である。低温
冷凍機はビームライン常設のものを使用し、試料ホルダーは図 2 のように 3 行×5 列の計 15 個の試料が取付け可能なものを低温冷凍機に取付けた。試料ホルダー温度の計測にはシリコンダイオ
ードセンサー(Lake Shore 社製、DT-670-CU(校正付))を用いた。温度センサーは試料ホルダーの下部側面に取付け、温度コントローラ(Lake Shore 社製、335 型)を用いて試料ホルダーの温度を PID制御した。測定試料は、Cu 箔、Fe 箔、Fe3O4、-Fe2O3、FeO、NiFe2O4、Co 箔、Co3O4、CoO を用いた。データ解析には XAFS 解析プログラム Athena、Artemis[2]、及び FEFF8.4[3]を用いた。温度コントローラ制御プログラムでは、1 秒毎に温度センサーから温度を読み取り、近接 15 秒間の温度の平均が温度コントローラ設定温度の±0.3 K、近接 15 秒間の温度の分散が 0.001 K2 となった時点で XAFS 測定を開始するように設定を行った。

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