放射光第巻第号()

解説■立命館大学放射光源―琵琶湖畔での光利用の歩み―岩崎博

立命館大学理工学部

Synchrotron Radiation Facility at Ritsumeikan University―Recent Status and Activities―
Hiroshi IWASAKI
Faculty of Science and Engineering, Ritsumeikan University

Recent status of the Synchrotron Radiation Center at Ritsumeikan University is described. In total 14
beamlines are in operation and spectroscopic measurements in the VUV and soft-X-ray range as well as ofphotoelectrons are being made along with ‰uorescent X-ray analysis and X-ray diŠraction measurement.
There has been remarkable progress in microfabrication technology using LIGA process and also in materials synthesis using SR-stimulated ablation phenomenon.

.

はじめに

れと重複することは避け，本稿では大学が独自に持った光

いよいよ SPring-8 の稼働が本格化し，放射光新時代が源を維持するのにいかに奮闘してきたか，また，この光源訪れようとしている。一方では新しい光源の設置に向けてで特徴ある研究成果を挙げるためにいかに努力したかを中の動きが活発で，東北から九州に至る各地で放射光の火が心に紹介することにする。これらは新光源設置計画にとっ灯されようとしている。放射光が広く利用されるようになて参考になると考えている。

ってから 20 年，いまや放射光は高度の研究，技術開発にとってなくてはならない存在となり，光に対する需要が一.

立命館大学光源の歩み

層高まっていて，このような動きが続くのは当然のことで放射光源の設置という大きな事業を行うには三つの条件ある。ところで放射光源といえば，従来は全国共同利用のが必要であると云われる。すなわち，設置のための資金，

高性能光源のことを意味していたが，新時代になると特定光源を運転，維持するための技術力，そして放射光を十分の地域あるいは機関に結びついた光源が含まれるようになに使いこなす研究者群，のあることである。そしてもう一った。立命館大学は 1996 年に全国の大学にさきがけて学

つ大切なのは“タイミング”である。立命館大学の場合，内に独自の放射光源を設置し，放射光利用を開始した。こ前の三つの条件は必ずしも十分に満たされていなかった。

の光源は全国共同利用のものではなく，後者のカテゴリー

しかしタイミングは絶妙であった。当時 SPring-8 は建設に属するが，学内のみならず学外の利用にも門戸を開いて中，東大 SOR Ring は閉鎖を決定ということで，放射光いる。国の施設でないため政府からの運営経費の支給はいの動きが一段落したような状況であったため，多くの人のっさいなく，大学が自力で財政を賄っている。小型光源で関心を集めた。もしこれが放射光に対する注目度が落ちてはあるけれどもその運営は並み大抵のことではなく，しかしまった時期であったならば，光源の建設要求に魅力がなもお手本となる前例がないこともあって，この 5 年有余

くなり，他の目新らしい計画の蔭に隠れて実現しなかったの間に種々の苦労を経験してきた。現在計画中の新光源のであろう。

中には独立した運営を目指すものがあり，その意味におい立命館大学は 1994 年に琵琶湖・草津地区に新キャンパて立命館大学光源の歩みは関係者の注目を浴びている。こスを開設したが，面積が広いので光源建設のための敷地をの光源についてはすでに本誌に紹介記事を書いた1)のでそ

容易に見出すことができたのは幸いであった。そして大学

1
1
立命館大学理工学部 〒5258577 草津市野路東 1
561
2719 FAX: 0775612663 E-mail: iwasakih＠se.ritsumei.ac.jp
TEL: 077

――(C) 2001 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research




放射光

第巻第号()

当局の決断で思い切った支出がなされ，建物が建ち，光源に電極を置き，それに直流の電場をかけて電子ビームを縦としてオーロラが導入された。これと平行して運営組織

方向にふくらませて電子ビームに捕獲されたイオンを除去としての「SR センター」が設立され，計画どうりのスケ

し（イオンクリアラー），寿命を長くしている。マシンス

ジュールで光が出始めたのである。このあたりの経緯を振タデイにおいて，この電圧をゼロにし，つまり蓄積リング

り返ってみると，事を進めるにあたって迅速な判断と決としては自然の状態にして，実験してみると，オーロラ

定，簡潔な手続き，柔軟な対応がなされたことがスムーズ

では電子ビームの寿命を決めているのは主としてな進捗をもたらしたと云える。会議を数多く開き，書類に

Touschek 効果であると考えざるを得ない結果が得られいくつものハンコを押してから一つのステップを進めるとた。そうであるならばビームサイズはかなり小さくなけれ

いうやりかたは，間違いが少なく，多数の同意が得られ易ばならないことになる。したがって上記の値，垂直方向のいので結構であると思うが，大きな事業の実施にあたって

0.14 mm というのはみかけの値であることを示唆していはいつもそうでなければならないのだろうか

当大学のる。レンズ結像方式では分解能に限界があり，小さなビー
ムサイズの測定には不適であるので，放射光干渉計方式と実績が一つの解答を与えている。

呼ばれる新しい方法に着目した。これは物質構造科学研究

所の三橋氏によって開発されたもので2)，光ビームを二重光源技術
さて，立命館大学の光源は週 5 日，1 日は朝から夜まで

スリットを通過させて二つに分け，次いでそれらを干渉さというパターンで運転を開始した。当大学には光源運転のせて干渉縞を作り，その強度プロフイルに含まれている光技術がなかったので，安定した光供給ができるかどうかが源の形と大きさの情報を解析によって導き出すという方法

当初大きな問題であった。若い技術者 1 人をこの仕事にである。波動光学における van Cittert-Zernike の定理に当たらせるとともに，光源のメーカーである住友重機械工

よれば，光の空間干渉度（この場合干渉縞のコントラスト）

株 から技術者を派遣してもらい，小人数の体制でこの難業

は光源の強度分布のフーリエ変換で与えられる3)。光源の課題に立ち向かった。当時，SR センターを訪れた人から大きさが無限小であれば空間干渉度は高くなり，干渉計のよく質問されたのは「リングの運転は何人でやっているの

スリットの間隔を広げても鮮明な縞模様が観察されることか」ということであって，2 人と答えると複雑な表情がを予言している。当大学の放射光源において可視光成分を返ってきた。幸い，オーロラは運転しやすい仕様になっ用いて実験してみると，スリット間隔を 19 mm と大きくていて，小人数の体制でもビーム入射 1 日 4 回という過広げても，干渉縞はごく小さい間隔ながらもコントラスト

酷なスケジュールをこなすことができ，大きなトラブルながはっきりと認められた。間隔を変えながら強度プロフイ

しで経過することができた。そこでこの状態を引き続き維ルを測定し，また光源の形がガウス関数で表わされること持するために，光源のマシンスタデイを積極的に行わず，が判明したので解析が容易になり，その結果，垂直方向の運転モードは当初のままで変更しないという方針をとるこ

光ビームサイズが10.5 mm であるという結論に達した4)。

とにした。このような方針は現代の放射光コミニユテイのこの値は PF における値よりもずっと小さく，SPring-8 に常識から見ればきわめて保守的で，光源技術に進歩が生まおける値に近い。このことはオーロラの偏向磁石で発生れないことになる。しかしここが判断の別れるところであされる磁場の精度がきわめてよく，電子ビームをうまく収って，当大学のように放射光に関して初心者的な機関にお束していることを示している。

いては安定な光源運転ということがまず第一で，大学内部

このように小さな光ビームを出す電子の集団ではのみならず，外部一般に対して放射光源に対する信用，信Touschek 効果が強く効いて電子ビームの寿命は短い。イ

頼を得るための確実な道であると考えたのである。もし，

オンクリアラーを用いる以外にうまく寿命を延ばす方法は光源技術の進歩を求めて利用者の時間を削ってまでマシン

ないかとあれこれ検討を行った。そしてそれの電極に直流

スタデイを頻繁に行い，また運転モードを次々と変えてい

電場ではなく，ベータトロン振動の（縦）振動数， 57.6

たならば，思わぬ故障を引き起こしていたかもしれない。

MHz ，の高周波電場を印加することを思いついた。この豊富な技術陣を抱える施設であれば故障も自前でなおせる

電場のパワーを変えながら寿命を測ってみたところ，Fig.

から心配はないであろうが，いまこれができるのは PF と1 に示すような結果が得られた5)。すなわち寿命は高周波

SPring-8 だけである。

電場なしの場合より 1 桁も延びたのである。この理由は

さて，安定な運転を目指して光源稼働の経験を重ねて行

高周波電場の印加によって電子ビームの縦振動が誘起さくうちに当大学にも次第に余裕ができてきた。オーロラ

れ，それが電子のバンチの undulation 運動，すなわち波には電子ビーム収束用の磁石が備えられていない。そのた打ち運動，となり，実質的に電子ビームが膨らむためにめ光ビームサイズはかならずしも小さくはないと考えられTouschek 効果が抑制されたためと考えられる。Figure 2ていた。事実，レンズ結像方式によって測定したところには高周波電場の印加とともに光ビームサイズがどのようによれば，垂直方向で 0.14 mm ，水平方向で 1.3 mm という変化するかを，上に述べた干渉計法とさらにレンズ結像法

値になっている。通常の運転モードにおいてはリングの中を併用して測定した結果である。注目すべきことはこのよ

――

放射光

第巻第号()

うな縦振動を誘起してもビームの不安定性が生じないこと

よりはるかに効率的である。そこで高周波電場のパワーをである。高周波電場印加法はイオンクリアラーによる方法

0.58 W とし，寿命を 500 分にして通常の運転をすることにした。これだと光ビームサイズ（縦方向）は110 mm まで増えるが，この程度では光利用に大きな不都合をもたらさない。このようなビーム寿命改善の結果，光源の運転は

1 日 2 回の入射ですむようになり，小人数での運転体制にとって勤務状態は大いに改善された。利用者にとっても多大の利益になったことは云うまでもない。


ビームラインの整備
当大学に光源が導入された当初は光利用のためのビーム

ラインは皆無に近い状態であった。国立の機関のように予算要求をすれば，たとえ時間がかかってもビームライン設
置の資金が出るという状況は望むべくもなかったので，自力で整備を開始した。文部省（当時）の私学研究助成，企Figure 1. Dependence of the beam lifetime on the input power ofthe rf kicker electric ˆeld at the beam current of 200 mA in the
AURORA I ring5).

業との共同研究など種々の方法によって一歩一歩と資金の目処をつけ，新しいビームラインを建設して行った。一
方，関西地区にある大阪電気通信大学，関西医科大学の研究者から装置の提供を受け，それらを基にしてビームライ
ンを整備するという方法もとった。このような経過であるからビームラインがみなピカピカの新品で，規格，構成部品がそろっているということになっていない。しかしそのようなことにこだわらず，光利用の成果ができるだけ早く出るようにつとめた。最近では全部で 16 あるビームポー
トがすべて充たされた状態になっている。Table 1 は2001
年 5 月現在のビームライン一覧表である。ビームライン
は揃ったが，それらの操作，保守，管理にあたる専任職員はいない。これらの仕事はすべて当大学の教授，助教授が担当している。また実働部隊としての学生も大勢いる。大Figure 2. Dependence of the vertical beam size on the input powerof the rf kicker electric ˆeld in the AURORA I ring. Data from boththe SR interferometer and the standard proˆle monitor are
included5).

Table 1.

学の強みは人材が豊富であることで，この点新光源をそのような人材が望めないところに作る場合はよく考慮する必要があるだろう。立命館大学のビームラインの整備の経過
ならびにそれらの仕様，性能については当大学の SR セン

List of the beamlines at the SR Center at Ritsumeikan University (May, 2001)
(eV)

BL1
BL2

X 線回折・散乱
真空紫外線分光

円筒ミラー，斜入射回折格子

BL3
BL4

X 線反射率X 線
XAFS

2 結晶分光器

BL5BL6LIGA 露光
LIGA 露光

BL7

光電子分光

トロイダルミラー，斜入射回折格子

40
160

BL8
BL10

光電子分光（イオン散乱）
軟 X 線
XAFS

円筒ミラー，不等間隔回折格子
トロイダルミラー，2 結晶分光器

1000
4000

BL11
BL12

軟 X 線光学素子評価
軟 X 線顕微鏡（占有ビームライン）
平面ミラー

BL13

蛍光 X 線分析

BL14

白色光照射

BL15

LIGA 露光

トロイダルミラー，2 結晶分光器
トロイダルミラー，2 結晶分光器

4000
8000
50
600
3000
10000
3400
10000
2000
10000
2000
10000
5
700

280
1200
3000
10000

トロイダルミラー

50
2000
2500
4100

――




放射光

Figure 3.

第巻第号()

Photograph showing the experimental hall at the SR Center at Ritsumeikan University.

ターが毎年発行している刊行物6,7) を見ていただきたい。

Figure 3 は最近の実験ホール全景を示す写真である。

が殺到するかというと，そう単純ではない。年々少しずつ増加しているのが実情である。物事が世の中に浸透するのに意外に時間がかかるということは放射光以外の世界にも

学生教育への活用

よくあることで，短期間に顕著な結果が出ることを期待し放射光利用が大学のキャンパス内でできるようになった

過ぎてはいけない。

ことが大学の研究に与えたインパクトは大きい。当大学のような私学ではなおさらのことである。大学院理工学研究


放射光利用における産学共同
放射光施設の運営を独立採算で行うことを目指す場合，科の学生の研究テーマにそれまでになかった新しいものが見られるようになり，活気が出てきた。すでにこの 5 年

利用者による光ビーム使用料がどれぐらいの収入をもたら間で 8 人の博士が生まれ， 48 人の修士が誕生している。

すかは大きな問題となる。わが国では新光源設置計画立案

学部 4 年生の卒業研究では毎年 50 60 人が実験を行っていの過程でこの種の試算が数多くなされてきた。それらの結る。ここで強調しておきたいことは，これらの学生は物果を報告書で見てみると，どちらかと云えば楽観的見通し

理，化学，電気，光，機械，ロボットなど様々な学科に所が多かったように思われる。その根底には産業界が放射光属していることで，専門の異なる学生が SR センターといのような素晴しい光に着目し，利用しないはずがないという共通の場で毎日顔を合わせ，交流することによって，狭う予想があった。しかし，実際はそう甘くなかったことはい専門の枠に閉じ籠ることなく広い視野を持つことができ

だれもが知っている。当大学の場合，大学の光源であるかるようになっている。学部学生の教育はさらに 2 年生，3ら学術研究が中心になることは云うまでもないとして，併年生にも及んでいる。これらの学年では理工学の基礎をま行して産学共同を活発に行うことを目指して努力してきだ勉強中であり，そのような学生に放射光の先端性をいくた。放射光による材料の分析，観察，光学素子評価などのら熱っぽく説いても耳を素通りしてしまうので，教育の主

申し込みはたしかにあり，相当の成果を挙げ，最近では占体は見学とし，実験ホールを案内し，説明している。よく有ビームラインが置かれるようになっている。一方，当初わからないけれども目に見えない，素晴しい光が出ているの予想になかったことだが，放射光による微細加工技術，

ことは記憶してくれる。しかし，その結果放射光研究を専と く に LIGA 技 術 ， に 対 し て 多 く の 関 心 が 集 ま っ た 。

門としている研究室に卒業研究配属，大学院入学の志望者

Table 1 を見ればわかるとうり， LIGA 露光用のビームラ

――

放射光

第巻第号()

インが多いのはその結果である。産学共同研究の刺激を受けて当大学の LIGA 技術は著しく進歩した。純粋の学術研究だからといって大学だけの独尊的な光利用に閉じ篭っていていいのかどうか，あらためて考えさせられた。産学共同を通して産業界の人と意見交換をしてみると，光源施設を利用する場合，その希望はそこでできる実験の種類によって決まることはもちろんだが，それよりも施設の利用のし易さが重要で，手続きが簡単で，施設が便利なところにあり，申し込んでからすぐに実験ができるほどよいということである。そしてビームラインの使用法が分かりやす
いこと，施設側の人間の対応が良いことも重要である。産業界の利用にとっては世界最先端の実験ができるというこ

Figure 4. Oxygen coverage on the Si (111)7×7 surface as a function of O2 exposure at room temperature obtained from ion beam
scattering measurement9).

とはかならずしも利用の動機になっていない。

.

特色ある放射光利用

立命館大学の小型光源が放射光の世界で生き抜いて行く
ためには他の光源では行われていない，特色ある利用研究を打ち立てなければならない。この 5 年余りの間に我々が行った努力の結果を以下 3 つの例を挙げて紹介する。


光電子分光とイオンビーム散乱の組み合わせによる固体表面の研究
光電子分光は固体表面の電子エネルギー状態に関する情報を与える手法として世界中の放射光源において多用されている。一方，イオンビーム散乱は固体表面の原子組成，原子配列に関する情報を与える研究法として知られてれている。当大学ではこの二つの方法を組み合わせ，両方の情報を同一の表面について得ることができるビームラインを建設した（Table 1 の BL 8)8)。この目的のために表面を大気に曝すことなく二つの測定チェンバーの間を試料が搬送できるような装置を設計，製作した。このような複合
ビームラインは世界的に見ても例がない。このユニークな
ビームラインでシリコン表面の初期酸化過程の研究が行なわれた。

Figure 5. Si 2p core level spectrum of photoelectrons observed at
photon energy of 134 eV for Si (111)7×7 surface oxidized at room
temperature under O2 pressure of 1×10－8 Torr9).

シリコンの清浄な( 111 )面にはいわゆる 7 × 7 構造が形成される。 この表面を 室温におい て酸素雰囲 気（分圧10－8 Torr ）中で種々の時間にわたり曝して酸化を起こさ

ピークであり，その複雑な形は種々の状態にあるシリコンせた。まずこの表面に 60 keV のエネルギーに加速された原子 からの寄 与が重なっ ていることを 示唆してい る。

水素イオンを[100]方向から入射し，［011]方向でそれらのdeconvolution を行うことによって寄与を分解した結果が散乱を観測した。散乱スペクトルには明瞭な酸素原子によ細い実線のピークで示してある。Bulk と記してあるのはるピークが現われ，その強度とシリコン原子からのピーク

バルク状態のシリコン原子，S1 から S5 は再配列したシリとの強度比から表面に吸着した酸素量を見積ることができ

コン原子，Si＋, Si2＋, Si3＋, Si4＋ は各種酸化状態にあるシリる。 Figure 4 がその結果である9) 。酸素の暴露量（ Lan-

コン原子からの寄与である。これらの酸化状態の量はそれ

gmuir 単位で表わす）が増えると被覆酸素量（ML 単位でぞれ0.95 ML, 0.37 ML, 0.09 ML, 0.32 ML と決定するこ

表わす）は増えるが，約 1.7 ML （ 1 ML は 7.83 × 1014 a-とができた。Si＋ と Si4＋ の存在比が 31 であること，飽toms /cm2 ）で飽和することがわかる。次にこの状態の表

和酸素量が1.7 ML であること，さらに Si＋ と Si4＋ の光電

面に 134 eV の放射光ビームを入れ，シリコン原子からの子収量比の出射角依存性から Si＋ の方が Si4＋ より下にあ

光電子の 2p 内殻準位スペクトルを測定した。 Figure 5

ると 推論され ることなど から，初期酸 化状態にお ける

がその結果を示す。黒丸を結ぶ曲線が記録された光電子(111)面の原子配列を描くと Fig. 6 のようになっている。

――




放射光

第巻第号()

すなわち， Adatom と Rest atom がほぼ完全に酸化し，装置，露光後の感光剤を化学処理し，金属メッキなどを行

ins-ins-ins-ad 構造（ Fig. 6 の挿入図参照）を持つ状態がう装置などを揃えたマイクロプロセスラボラトリーを建設できている9)。

し，微細加工製品が学内で一貫してできるようにした。
さて，従来の放射光露光によるパターン転写技術は基本

LIGA 技術による次元微細構造，サブミクロン構造の製作

的には深さ方向に構造を持たない，いわば 2 次元的微細構造の製作であったと云える。当大学では深さ方向にも構

放射光による微細加工の研究はわが国では主として半導造を持つ，3 次元的微細構造を製作する技術を開発した。

体を対象として約 20 年前から行われてきた。それに対しその原理を説明する。Figure 7 において上部に X 線吸収て金属，セラミックスなどを対象とする研究は未開拓であ体（マスク）が置かれていて，その下に感光剤（レジスト）ったので，当大学では SR センターの発足と同時に LIGAがあり，照射を行うのだが，ここで特徴的なことは露光中技術の研究を取り上げることにし，積極的な取組みを行っにレジストを矢印の方向に平行移動させることである。すた。キャンパス内に LIGA 露光用のマスクを作る EB 描画

るとマスクに描かれた 2 次元図形のためにレジストの場
所によって総露光量に差が生じ，現像すると下に示すような形状の図形となる。これはマスクに描かれた平面図形と相似な断面形状を有する図形に他ならない。この露光法を
平面パターン断面転写法と名付けた。次に，レジストを光軸のまわりに 90 度回転して同様の露光を行うと，下右に示すような尖った針のような形状の図形が得られるのである10) 。この原理を適用して実際に作製した構造を Fig. 8と Fig. 9 に示す。露光実験は Table 1 の BL 6 で行われた。レジストは PMMA ，平行移動速度は毎秒 1 mm ，露光時間は 1 時間である。 Figure 8 は自由曲面を持つ構造であり， Fig. 9 はレンズ型半球構造である。これらの微細構造の高さは40 mm である。この加工技術の開発によっ

Figure 6. Schematic top view of the atomic conˆguration in the Si(111)
7×7 unit mesh for Si adatoms, rest atoms, atoms bonding tothem and dimers together with O atoms bonding to Si atoms9).

て実用化マイクロメカニカルシステムに欠かすことのできないマイクロスケールのレンズアレイ，ニードルアレイなどが作製できる道が開かれた。

Figure 7. Principle of the SR-lithography using the plane-pattern to cross-section transfer technique. Resist is moving
back and forth during exposure to produce a distribution of the absorbed photon energy10).

――

放射光

第巻第号()

Figure 8. Microstructure fabricated by the plane-pattern to crosssection transfer technique10).

Figure 10. Sub-micron Ni structure with a maximum aspect ratioof 75 formed by LIGA technique12).

わけで，放射光研究のための周辺設備をいかに整えるべきかを考えるための格好の実例となった。


新しい放射光回折技術「波長変調回折法」の開発
多くの X 線回折の本をひもといてみると，結晶による

X 線の回折は「単色 X 線」を前提として記述がなされている。これは回折現象を理解し，回折実験の結果を解析する場合，単色 X 線であれば事柄が単純化し，考えやすいからであり，自然科学一般にみられる前提であると云える。ところで，結晶に入射する X 線の波長に一定の幅を持たせ，それによって回折を起こさせたらどうであろうか
Figure 9. Micro lens-array structure fabricated by the plane-pattern to cross-section transfer technique10).

この場合，結晶を静止させたままでは Laue 法と似たことになってしまうが，回転振動させると各原子面は波長幅の中に含まれるすべての波長の X 線を回折し，独特の強度プロフイルが現われるはずである。当大学ではこのプロフイルから結晶構造因子の位相を導き出し，結晶構造

次に 1 mm を下まわるサイズの加工への挑戦も行われた。このような小ささの領域になるとマスクによる放射光解析に結び付ける方法を創案した13) 。以下それについて
簡単に紹介する。

の回折による転写パターンのぼけが最大の問題になる。そ一定の波長幅を持ち，しかも平行な X 線ビームを作り

こで，マスクの材質，構造，サイズ，マスクとレジストと出す方法としてモノクロメータ結晶の角度を連続的に変動の距離などをいろいろに設定して詳細な解析を行い，理想させる，すなわち rocking 運動させる方法がある。この場的と考えられるマスクを作製した。吸収体として厚さ 1

合，出射ビームの位置が変動しないように結晶は 2 個とmm の金，支持膜は厚さ 2 mm の炭化ケイ素とし，最小線

し，それらを反平行配置に置いて，角度を変えるとともに

幅 0.6 mm ，最小スペース幅 0.2 mm という構造である11) 。

一方を他方に対して平行移動させる。この方法では X 線

Figure 10 がこのマスクを用いて得られたニッケル構造体の波長は一定の幅の中を時間的に変動しており，正確な意の写真である12)。最小線幅は0.2 mm，高さは15 mm，アス

味での「波長幅を持つ X 線」ではないが，実質的には同ペクト比は75である。また構造体の表面粗さはおよそ0.05

等の効果をもたらす。我々はこのような回折実験法を波長mm である。

変調回折（ Wavelength-Modulated DiŠraction ）法と名付

このように LIGA 技術の研究は世界をリードするようけた。そしてこの波長幅の中に結晶に含まれている特定のな進歩を見せたが，その原因の一つは学内にマイクロプロ

原子の吸収端の波長が含まれるようにする。Figure 11 は

セスラボラトリーを所有していることにある。露光が終わ

SR センターの BL 1 においてイメージングプレートを用った試料を一々学外に頼んで化学処理してもらっていた

いて記録した波長変調回折図形の例14) を示す。試料はフら，テスト，再実行，テスト，再実行という開発研究に不エロセン誘導体の一つ C36H32O7Fe 結晶（空間群は P21/ a

可欠の過程に時間がかかり，研究者の意欲は衰えてしまっで，対称中心あり）であって， Fe 原子が異常散乱原子でていただろう。マイクロプロセスラボラトリーへの初期投あり，その K 吸収端，0.1743 nm ，の近傍で0.1722 nm か

資は大きかったが，それが大きな果実を結ぶことになった

ら 0.1797 nm の範囲で波長を変動させた。各 Bragg 反射

――




放射光

Figure 11. Wavelength-modulated diŠraction pattern of C36H 23O7
Fe crystal14), the range of the wavelength change being from 0.1722
nm to 0.1797 nm. The Fe atoms are the anomalous scatterers with
the K-absorption edge at 0.1743 nm. Bragg re‰ections are seen elongated due to the wavelength change. In the inset is shown a magniˆed image of the 02̃15 re‰ection (on the right).

第巻第号()Figure 13. Intensity proˆle of the 201 re‰ection14). The range of
the wavelength change is from 0.1688 nm to 0.1768 nm for thisre‰ection. The arrow shows the position of the absorption edge andthe thick bar indicates the intensity gradient.

の位相というのは符号であり，この符号(A)と原子散乱因子の波長に対する勾配の符号(B)および異常散乱する原子の部分構造因子の符号(C)によって Bragg 反射の強度勾配の符号が決まる。ところで(B )は吸収端の長波長側ではつねに正であり，（ C )は異常散乱する原子の位置を Patter-son 法などで推定すれば知ることができるので，測定した強度勾配の符号から(A )が求まることになる。このようにして C36H32O7Fe 結晶について 104 個の反射の符号が決定されたのである14) 。この結果は構造解析における伝統的な方法で決められた符号とほとんど一致している。異常散
乱現象を利用する構造因子の位相決定法としては MAD(Multi-Wavelength Anomalous DiŠraction) 法16)がある
Figure 12. Intensity proˆle of the 02̃15 re‰ection14). The arrowshows the position of the absorption edge and the thick bar indicatesthe intensity gradient.

が，この方法では Bragg 反射の積分強度が吸収端の近くの三つ，あるいはそれ以上の数の波長の X 線を用いて測られ，これらの強度を比較して位相が導き出される。ここで肝要なのは強度が同じスケールで測られているという保証のあることであるが，このスケーリングの問題は技術的は伸びた斑点として現われている。反射の形状を見やすくに厄介な問題である。ところが波長変調回折法ではたとえするために反射を拡大したものが図の中に挿入されてい回折図形の記録中に入射ビーム強度の時間変動があったとる。右側が 02̃15 射であり，伸びた斑点の中に強度の濃淡

しても，逆格子点と種々の波長に対応する Ewald 球とのがあるのが見える。イメージングプレート読み取り装置に交叉は“ランダム”に多数回起こるから，時間変動は“平よって波長変動の方向に走査したものを Fig. 12に示す。

均化”されてしまい，強度プロフイルにはその影響が現わ

矢印が吸収端の位置を示している。この反射の場合，吸収れない。つまり，スケーリングの必要がないのである。そ端の位置に強度の落ち込み， dip ，がある。他方，強度プ

して測定は 1 回だけですむ。波長変調回折法は新しい構

ロフイルが吸収端の位置で peak となるような形のものも

造解析法として発展することが期待される。

ある。その例が 201 反射であり， Fig. 13 に示す（この反放射光波長変調回折法のアイデアが生まれ，それが価値

射での波長変動範囲は Fig. 12における範囲とやや異なっある方法であることが実証されるまでに数多くのテスト実ている）。吸収端近傍で強度が変化するのは原子の異常散験がなされた。これができたのは放射光源が大学のキャン乱が起こったためである。ここで吸収端の長波長側におけ

パス内にあったからである。多くの人にできるだけ公平にる強度勾配に着目する。02̃15反射ではそれが正，201反射

実験の機会を与えるという，広くゆきわたっている「共同では負である。このようにして多くの反射について強度勾利用の精神」はもっともであるが，臨機応変のメカニズム

配の符号を記録した。一方，著者らが展開した波長変調回を設けておかないと，“多くの人が喜んだ，しかし大した折理論によれば15) ，対称中心を持つ結晶の場合構造因子

ことは生まれなかった”ということになるであろう。

――

放射光

第巻第号()

本稿をまとめるにあたり，研究成果を示す図や写真を提供された立命館大学の城戸義明教授，杉山進教授に感謝

する。

7)
8)
9)

参考文献
1)
2)
3)
4)
5)
6)

岩崎 博放射光 12, 97 (1999).
T. Mitsuhashi: Beam Measurement, ed. S. Kurokawa et al,World Scientiˆc (1999) 399.
M. Born and E. Wulf: Principles of Optics, 6th ed., Cambridge Univ. Press (1980) 510.
I. Sakai, Y. Yamamoto, T. Mitsuhashi, D. Amano and H.
Iwasaki: Rev. Sci. Instrum. 71, 1264 (2000).
I. Sakai, Y. Yamamoto, T. Mitsuhashi, D. Amano and H.
Iwasaki: Nucl. Instrum. Methods A, (2001) in press.
SR Center Activity Report, Ritsumeikan University (1996)
および（1997).

10)
11)
12)
13)
14)
15)
16)

――

Memoirs of the SR Center, Ritsumeikan University (1999),(2000) および（2001).
Y. Kido, H. Namba, T. Nishimura, A. Ikeda, Y. Yan and A.
138, 798 (1998).
Yagishita: Nucl. Instrum. Methods B136
T. Nishimura, Y. Hoshino, H. Namba and Y. Kido: Surf. Sci.
461, 146 (2000).
上野 洋博士学位論文，立命館大学（2000).
H. Ueno, N. Nishi and S. Sugiyama: Trans. IEE of Japan 120
E, 339 (2000).
H. Ueno and S. Sugiyama: Trans. IEE of Japan 121E, 45
(2001).
岩崎 博日本結晶学会誌 41, 353 (1999).
T. Koganezawa, Y. Yoshimura, N. Nakamura and H.
Iwasaki: J. Synchrotron Rad. 8, 1035 (2001).
H. Iwasaki, T. Yurugi and Y. Yoshimura: Acta Cryst. A55,
864 (1999).
W. A. Hendrickson: Science 254, 51 (1991).