BL24XU 概要

Inquiry number

INS-0000000488

ビームライン一覧表

放射光利用の産業応用を主軸としたビームライン運営
A1ステーション
Bonse & Hart型超小角散乱装置
A2ステーション
斜入射回折計、マイクロビーム小角散乱装置
B2ステーション
X線マイクロ～ナノビーム応用（走査型顕微鏡、蛍光分析、回折計）
X線顕微鏡を用いたイメージング実験（ナノイメージング、高速イメージング、CT）
B1ステーション
高平行X線マイクロビーム応用（高精度回折計、反射率計）

ビームラインの概要

　BL24XU（兵庫県ID）は兵庫県が管理する専用ビームラインであり、放射光利用の産業応用に特化した運用を行っております。ビームラインは光源に８の字アンジュレーターを採用しており、2本のパラレルブランチA、Bで構成されています。ブランチAの分光器には薄板ダイヤモンド（300ミクロン）を使用した4 mオフセット2結晶分光器を採用し、ビームを分岐分光しているため、ブランチA、ブランチBでの同時実験を可能としています。ブランチBの分光器は標準型のシリコン2結晶分光器を用いていますが、水平反射型であり、光軸から退避も可能であるために、アンジュレーター白色光の利用も可能です。ブランチの同時使用条件では、アンジュレーターのGapは固定であり、11.3 mm（１次光：10 keV）を定格としていますが、８の字アンジュレーターを採用しているため、各ブランチでは5 keV毎にエネルギー選択が可能であり、直線偏光の方向選択も可能です。

　各ブランチではそれぞれ特徴付けられたエンドステーション構成をしており、目的に応じた利用実験が行われています。ブランチAは構造解析用ステーションと位置づけられており、実験ハッチA1にBonse & Hart型超小角散乱装置、実験ハッチA２に斜入射回折計およびマイクロビーム小角散乱装置を配置しています。7 m離れた実験ハッチA1と実験ハッチA2は大口径真空パイプで接続されているため、これを利用した極小角散乱、斜入射小角散乱も可能です。一方で、ブランチBは実空間観察用のステーションと位置づけられており、特に集光ビーム応用を主軸としています。光学ハッチB2ではナノ～マイクロサイズの集光ビームが利用でき、走査型顕微鏡、蛍光分析の他に、フラットパネルを用いたWAXS測定も配置しています。集光ビーム利用以外にも、位相コントラストイメージング、マイクロCT等のイメージングの他、ミリ秒イメージング、サブ秒CTなどの高時間分解イメージング法の利用も可能となっています。また、実験ハッチB2においては、高平行度マイクロビーム回折計を配置しており、高い空間感度での高精度X線回折実験が可能であり、半導体基板、デバイス等の局所結晶性評価に用いられています。

　ビームラインの管理は、兵庫県立大学の放射光ナノテクセンターと物質理学研究科X線光学分野の共同で行われており、ユーザーサポートの他、集光ビーム光学系の高度化、顕微干渉計の開発、光学素子の開発等、X線光学分野における学術研究も行われています。これらの技術はユーザー利用光学系へフィードバックされていくため、高いクオリティの光学系供用を可能としています。

研究分野

表面／界面分析
マイクロビーム小角／広角散乱
マイクロビームXAFS
走査型／結像型X線顕微鏡、マイクロトモグラフィー
電子材料等の局所構造解析
明視野X線トポグラフィー

キーワード

サイエンス
表面/界面解析、位相コントラスト、結晶歪み評価
装置
Bonse & Hart型超小角散乱装置、マイクロ・ナノビーム分析装置、X線顕微鏡、X線高速イメージングシステム、高平行マイクロビーム回折計

光源と光学系

光源
　光源には８の字アンジュレーターを採用しています。８の字アンジュレーターは図１のような磁極配列をしており、通常の垂直周期磁場に加えて2倍の周期の水平磁場成分が付与される構成をしています。アンジュレーターを通過する電子は光軸から見て８の字の軌道を描き、垂直磁場による1次光を基準とすると0.5次刻みに高調波を定義することができ、半整数次では垂直偏光、整数次では水平偏光の放射光を得ることができます。本ビームラインでは基本的にID Gapを11.3 mmに設定しています。このときの放射スペクトルと偏光特性を図２に示します。1次光のエネルギーは10 keVです。

図１　８の字アンジュレーターの概略

図２　放射スペクトルと偏光特性（ID Gap：11.3 mm）.

実験ハッチ構成
　実験ハッチ構成は図３のようになっています。ビームラインはモノクロメーターAおよびモノクロメーターBによって、それぞれブランチAとブランチBに分岐しており、各ブランチは2つのタンデムハッチで構成されています。ブランチAは単色用ハッチである実験ハッチA1および7 m下流に設置された実験ハッチA２で構成されており、実験ハッチ間は真空パイプで接続されています。また、ブランチBではタンデムハッチの上流側は白色用ハッチあるため、光学ハッチB2と命名されており、下流側の単色用ハッチは実験ハッチB1と呼ばれます。

図３　実験ハッチ構成

試料位置でのＸ線パラメータ
・実験ハッチA1、A2
エネルギー：15 keV
ビームサイズと強度：0.25 mm角＠〜5×10¹⁰ (Photons/s)
・光学ハッチB2
　エネルギー：5 keV、10 keV、15 keV、20 keV
　エネルギー分解能：E/ΔE　～　2000
　ビームサイズと強度：
　マイクロビーム光学系１＿φ1ミクロン＠ 10⁹ (Photons/s)　(10 keV)
　マイクロビーム光学系２＿ 100～300 nm(V)×400 nm(H) ＠ 2×10⁸ (Photons/s) (15 keV)
　イメージング光学系＿ 1 mm角＠ 10¹² (Photons/s)
・実験ハッチB1
　　エネルギー：15 keV
　　エネルギー分解能：E/ΔE　～　100000
　　ビームサイズと強度：１ミクロン(V)×５ミクロン(H) ＠ 10⁶ (Photons/s)
　　ビーム発散角：～　2 arcsec

実験ステーション

実験ハッチA1
　Bonse & Hart型超小角散乱装置
実験ハッチA2
斜入射回折計
マイクロビーム小角散乱装置
光学ハッチB2
　光学素子
　　　　高次光カット用全反射平面ミラー（Pt、Rh、SiO₂面）
　　　　フレネルゾーンプレート（集光用、結像用）
　検出器
　　　　イオンチェンバー、シリコンフォトダイオード、SDD、フラットパネル可視光変換型画像検出器、X線高速カメラ