SPring-8 利用研究成果集

2013A1108
2015B1627

Section B

BL14B2
BL46XU

低温 XAFS 測定自動化システムの開発
高分解能X
線を用いたセメント不使用結合材の硬化過程の解析
ApplicationCTof Automatic
System for Low Temperature XAFS
Observation of Temporal Changesof Non-Cementitious Binders using High
Measurement
Resolution X-ray CT
大渕 博宣, 谷口 陽介, 平山 明香, 高垣 昌史, 本間 徹生a人見
尚 aHirayama,, 鵜山 雅夫
Hironori Ofuchi, Yosuke Taniguchi,
SayakaMasafumi Takagaki, Tetsuo Honmaa
Takashi Hitomi , Masao Uyamaa(公財)高輝度光科学研究センターa㻔株㻕大林組JASRIa
 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 測定を自放射性廃棄物処分場における長期安定性の確保のためカルシウムを溶出するセメントを用いな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
い建設用の結合材料の開発を目的として、産業副産物を主成分とした新たな結合材について検討
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。
を行っている。特定の条件では硬化するという知見までは得られているが、その際の硬化メカニ
ズムは未解明である。本課題では硬化体の微細組織に着目し，高分解能X 線 CT を用いて硬化体
キーワード： XAFS、低温、自動化の微細組織の空間情報を取得した。従来の製品との硬化組織の微細構造の比較を行い、異なる組
背景と研究目的：織の形成を示唆する結果を得た。
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キーワード：
セメント代替材、高分解能 X 線 CT、硬化微細組織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、低背景と研究目的：
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
現在のコンクリートの結合材であるセメントは、ポルトランドセメント(Ordinary
Portland
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
Cement:
OPC)を基材としている。OPC
はカルシウムやケイ素の水和生成物を主成分とし、長期間れにより、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水に触れるコンクリート構造物は徐々にカルシウムを水に溶出させ劣化するとされる。大深度地
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。
下に建設が検討されている高レベル放射性廃棄物処分場は、超長期において廃棄体からの放射性
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、物質の封じ込めを期待されているが、その建設にはセメント系材料の使用が検討されている。構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、試料造物の劣化に加えて硬化セメントより溶出したカルシウムは、止水用の粘土材に影響を及ぼし品
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
質劣化が懸念されている。これらの理由より、カルシウムを溶出しない結合材が必要とされる。
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代替えの結合材は容易に入手が可能で安価であることより、ケイ素が有望と考えられる。このた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
め我々はフライアッシュ(Fly
Ash: FA)に注目した。FA は、石炭火力発電所の運転に伴い発生する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
産業副産物で、主成分はケイ素及びアルミの酸化物である。FA
の表面はガラス状組織で、アルカ調整、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リ刺激により化学的な反応性を持つことが知られている。この反応に着目して硬化体を作成するする。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技術にジオポリマーがある[1]。これらの硬化体ではケイ素の重合反応による微細組織の形成が推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。これに定されるが、X
線回折などの鉱物の分析では、生成した微細組織に関する情報は得られず、硬化より、低温 XAFS
測定を利用するユーザーの拡大が期待できる。
組織はアモルファスな構造と推定された。硬化メカニズムの解明は、硬化体の材料設計や最適調合を求めるのに欠かせない情報である。このため、複数の配合に関し、キャピラリ注入後から生実験：成した組織の時分割観察を計画したが、配合の違いが見られずかつ硬化が早いため、得られた硬本実験では、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
化体の微細構造の形状の詳細観察を行うこととした。
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
実験：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
高分解能 CT を用い、硬化組織の微細組織を観察した。ビームラインは
BL46XU を用い、エネ
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
ルギーはセメントの事例で十分にX 線が透過可能であることの知見のあるkeV列の計とし、CCDは
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 315
行×5
15 個の
浜松ホトニクス社製のC4880-41Sを用いた。画素数は、横方向
4000、縦方向
1600、画素長は0.35
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μmであり、視野は横方向
1.4 mm、縦方向 0.56 mm である。露光時間は 150 ミリ秒、投影数は 838
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とした。
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
試料は、FA に水酸化カリウム
3 mol/lの濃度のアルカリ溶液を水粉体比42%で練り混ぜたもの制御した。測定試料は、Cu
箔、Fe
箔、Fe
3O4、-Fe2O3、FeO、NiFe2O4、Co 箔、Co3O4、CoO を
[2]
[3]
(FA
硬化体)、比較用に OPCに水粉体比
50%で水を加えて練り混ぜたもの(OPC硬化体)、さらに放用いた。データ解析には
XAFS
解析プログラム
Athena、Artemis 、及び FEFF8.4を用いた。温射性廃棄物処分場用セメントとしてCa
含有量の少ない
HFSC(HighlyFly-ashcontaining
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 Silica-fume
15 秒間のCement:(OPC : Slica-fume : FA = 4 : 2 : 4、重量比))に水粉体比50%で水を加えて練り混ぜたもの
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
(HFSC
硬化体)の
3 種を観察対象とした。いずれも観察直前に乳鉢で練混ぜを行い、シリンジを用た時点でXAFS 測定を開始するように設定を行った。

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BL14B2

いて、内径 1 mm の低吸収ガラスキャピラリに注入した。キャピラリの両端は粘土で封止する乾燥防止処理を行った後に冶具に設置した。キャピラリ注入後から試料の設置までに要した時間は低温 XAFS 測定自動化システムの開発
5 分程度で、設置後にすぐに、FA 硬化体では、1 時間おきに 4 回、OPC と HFSC 硬化体では 1 時
of Automatic System
for Low Temperature
XAFS
間おきにApplication
11 回の観察を実施した。なお、FA
硬化体は硬化速度が早く、1時間程度でほぼ硬化する
Measurement
ことが事前の検討で明らかになっているため、キャピラリ注入後から
4 時間までの変化を観察した。
大渕 博宣, 谷口 陽介, 平山合計
明香,
高垣 昌史, 本間 徹生
 当初は FA 硬化体の配合を変えたものを加え，8 種類の供試体の観察を計画していたが、FA
Hironori
Ofuchi,
YosukeTaniguchi,
SayakaHirayama,
Masafumi
Takagaki,
TetsuoHonma
試験体は、水分割合や水酸化カリウム濃度など変えた配合の違いで、硬化体組織の大きな違いが見られなかったため、これら 3 種に絞って観察を行った。
(公財)高輝度光科学研究センター
 CT 観察においては、観察対象を搭載した XY ステージを一定の速度(0.38°/s)で回転させ、連続JASRI
スキャンによってデータを取得した。

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 測定を自結果および考察：
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1 および図 2 に FA 硬化体の断面のキャピラリ注入直後と1 時間経過後の X 線 CT 像を示す。
15図
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。
ここでは、吸収の大きい領域は白色で、吸収の小さい領域は黒といったグレースケールで表される。以下グレースケールの明るさを輝度と表記する。硬化組織は，キャピラリ注入後より均質なキーワード： XAFS、低温、自動化
性状を示し、わずかに FA と思われる若干明るい島状の組織を示す結果となった。これは、硬化体がFA 由来の比較的原子番号の近いケイ素とアルミニウムから構成されるためと考えられる。
背景と研究目的：
また、例えば図1 において上部左側から右側に縦に分布する黒色の領域である、キャピラリ注入
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時に混和した大きな気泡以外に硬化組織には微細な空隙は見られなかった。当初の予想では、硬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 測定のための化後も硬化組織の変化が生じているものと考えていたが、硬化が完了するキャピラリ注入後
1時
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、低間以降は変化が見られなかった。
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
図 3、図 4 および図5 に OPC
硬化体の断面のキャピラリ注入直後、5
時間と 10 時間経過後のも定を行うことで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。
このを示す。図6、図 7 および図 8 に HFSC 硬化体の断面のキャピラリ注入直後、5
時間と 10 時間
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経過後のものを示す。なお、OPC
硬化体及び HFSC 硬化体は、硬化に 24 時間程度要することが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。
知られている。
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、OPC 硬化体と
HFSC 硬化体では、キャピラリ注入直後は硬化が完了していないため、キャピラ
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、試料リ注入直後と硬化後で断面の形状が異なっていた。さらに
HFSC では、撮影時間内の変形が原因
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]と考えられる図
1 や図 6 の黄色の囲み線の中に見られるような線状のノイズが見られた。また、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
図3 および図 8 に示す、黄色の点線が示すように、粒状の白色の領域が分散している様子が見ら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
測定初心者の多いれた。これらの硬化体はOPC が主材であるため、粒状の領域は原子量の大きいカルシウムと酸化
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
ケイ素からなるセメントクリンカーに相当すると推定された。HFSC
は全体の粉体量のうち 40%
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がOPCであるためセメントクリンカーの量も少ないことから、
図8の赤色の点線囲み線で示す暗する。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
灰色の大きな粒状の領域は、元来ナノ材料である
Silica-fume の凝集体であると考えられる。
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CT 像では画素の輝度は画素に含まれる物質の原子量と質量密度の積に応じて明るい色で示さ
XAFS 測定を利用するユーザーの拡大が期待できる。
れる。硬化体断面図について画素ごとの X 線吸収係数のヒストグラムを求め、硬化体性状の変化を求めた。
図 9 に OPC 硬化体における X 線吸収係数と対応する画素数のヒストグラムを示す。同
実験：様に、図10 に HFSC，図11 に FAXAFS
硬化体の
X 線吸収係数のヒストグラムを示す。また、OPC お
本実験では、図1 のような低温
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
よび
HFSC では，10 時間に及ぶ測定時間中において OPC における初期の 1 時間を除き、X 線吸収ラ制御プログラム、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
係数のヒストグラムには大きな変化は見られなかった。FA
硬化体では、硬化に伴い 2～10 [1/cm]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領域の画素数が減少する傾向を示したが、これは硬化に伴い低密度の領域の減少に伴うものと考個の試料に対し、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、繰えられる。
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
図 12 に示すように、各材料の硬化後の X 線吸収係数のヒストグラムでは、OPC、HFSC、FA
硬2 のように 3 行×5 列の計 15 個の化体の順に
X 線吸収係数の 20 〜 60 [1/cm] の領域に画素数の多い結果を得た。これは、この順
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にカルシウム含有量が減少し、FA硬化体ではカルシウムの含有はほとんど無く、ケイ素とアルミードセンサー(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ニウムの含有が卓越するためと思われる。以上より、FA
OPC を基材とした従来の硬化部側面に取付け、温度コントローラ(Lake Shore 社製、335 硬化体は型)を用いて試料ホルダーの温度をPID
体とは異なる硬化組織をある可能性を示唆する結果を得た。
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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2013A1108

Section B

BL14B2

低温 XAFS 測定自動化システムの開発
Application of Automatic System for Low Temperature XAFS
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。

図 1 FA 硬化体の断面(キャピラリ注入直後)

図 2 FA 硬化体の断面
XAFS、低温、自動化
キーワード：(キャピラリ注入後 1 時間経過)
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
図 3 OPCXAFS
硬化体の断面(キャピラリ注入直後)
図 4 OPC 硬化体の断面する。低温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(キャピラリ注入後 5 時間経過)
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
封止して乾燥防止処理を行った後に冶具に設置し立てた状態で設置までの時間は5 分程度とし，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
図 5 OPC 硬化体の断面  
図 6 HFSC
温度の平均が温度コントローラ設定温度の±0.3K、近接15 硬化体の断面(キャピラリ注入直後)
秒間の温度の分散が 0.001 K2 となっ(キャピラリ注入後
10 時間経過)
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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Section B

BL14B2

低温 XAFS 測定自動化システムの開発
Application of Automatic System for Low Temperature XAFS
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：
図 7 HFSC 硬化体の断面(注入後 5 時間経過)   図 8 HFSC 硬化体の断面
大型放射光施設(SPring-8)の産業利用Ⅱビームライン(キャピラリ注入後
BL14B2 は、放射光の産業利用の促進を目
10 時間経過)
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
図 9 OPC の X 線吸収係数の分布       図 10 HFSC の X 線吸収係数の分布調整、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
図 11 FA の X 線吸収係数の分布     図 12 測定終了時の X 線吸収係数の分布
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
今後の課題：
箔、Fe 箔、Fe3O4、-Fe2O3、FeO、NiFe2O4、Co 箔、Co3O4、CoO を制御した。測定試料は、Cu
高分解能 CT では、FA 硬化体は従来の結合材とは異なる硬化様式を示す可能性が高いことがわ用いた。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。温かった。しかし，硬化組織がどのようなものから成り立っているかを理解するには、別の観察手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 秒間の法と組み合わせた硬化メカニズムの検討が必要である。
K、近接 15 秒間の温度の分散が 0.001 K2 となっ温度の平均が温度コントローラ設定温度の±0.3
事前の X 線回折による検討では、特定の鉱物は検出されていない。このため、ケイ素の結合状た時点で XAFS 測定を開始するように設定を行った。
態を観察できるような手法を見いだすことが必要である。

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BL14B2

参考文献
低温 XAFS 測定自動化システムの開発[1] 菊池 他，コンクリート工学年次論文集 38, 2283 (2016).
Application of Automatic System for Low Temperature XAFS

Measurement©JASRI

大渕 博宣, 谷口 陽介, 平山 明香, 高垣 昌史, 本間 徹生(Received:
MayOfuchi,
25, 2015;
Accepted:July
18, 2017;
Published:
August17, 2017)
Hironori
YosukeTaniguchi,
SayakaHirayama,
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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