大型放射光施設 SPring-8

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BL37XU 概要

問い合わせ番号

INS-0000000592

ビームラインの概要

  BL37XUは、硬X線領域のアンジュレータービームラインで、X線マイクロ・ナノビームと蛍光X線を組み合わせた、元素・化学状態マッピング、蛍光分光XAFS、深さ分解XAFS、全反射蛍光X線分析、蛍光X線ホログラフィーなどを中心とした研究が行われています。このビームラインは2つのブランチと3つの実験ハッチを持っています。Aブランチは、二結晶分光器による標準型ビームライン、Bブランチは単結晶分光器により高エネルギーX線が得られるブランチです。
 なお、2011A期より、文部科学省の平成21年度第2次補正予算において、「成長戦略への布石」である「環境・エネルギー技術への挑戦」の一環として設立されました「低炭素社会構築に向けた研究基盤ネットワークの整備」事業のサテライト拠点「グリーン・ナノ放射光分析評価拠点(参画機関:理化学研究所)」で整備した、ナノビームX線蛍光分析装置(BL37XU)も利用可能となっています。本装置により、100 nmオーダーの集光X線ビームを用いた分析が可能です[1]。
<参考:グリーン・ナノ放射光分析評価拠点URL

研究分野

  • X線マイクロ・ナノビームを用いた分光分析
  • 極微量元素分析
  • 高エネルギー蛍光X線分析

キーワード

  • 応用分野
    材料科学、環境科学、地球化学、生物学、考古学、鑑識科学
  • 装置
    X線集光光学素子(Kirkpatrick-Baezミラー、フレネルゾーンプレート)、X線顕微鏡、多目的回折計、蛍光X線分析装置、湾曲結晶蛍光分光器、2次元ピクセル検出器

光源と光学系

  BL37XUの光源は、周期長32 mm、140周期を有する真空封止型アンジュレーターで、ギャップは8 mmから50 mmの間で制御可能です。アンジュレーターの1次光により取り出せるエネルギー範囲は4.5~18.8 keVです。 Fig.1にビームラインのレイアウトを示します。蓄積リング内のフロントエンド部、光学ハッチ内の輸送系のコンポーネントは全てSPring-8標準型のものが使われています。このビームラインの特徴は、 100 nm~数100 µmの集光ビームを利用できる3つの実験ハッチを持つことおよび、 2つのブランチA, Bを持つことです。Aブランチは、二結晶分光器を用いる標準的な光学系のブランチ、Bブランチは、高エネルギーX線が取り出せるブランチです。両ブランチの詳細を以下に記します。

  • Aブランチ : 標準光学系ブランチ

      アンジュレーターからの白色光は、光源から43 m下流に設置された液体窒素冷却シリコン二結晶分光器により単色化されます。二結晶分光器は2組の結晶ペアを切り替えることにより、4.5~37.7 keV(Si 111-Si 111結晶ペア)および、12~113 keV(Si 333-Si 511結晶ペア)の単色X線を取り出すことができます。光源から52 m下流で評価したフラックス密度は、8~30 keVの範囲において1013 photons/s程度でした。また、高調波除去と水平方向の集光を目的として、水平偏向の2枚のミラーが設置されています。ミラーにはPt及びRhがコートされており、使用するエネルギー領域によって使い分けることが可能です。

  • Bブランチ : 高エネルギーブランチ

      光源から37mの地点に設置された1回反射・水平偏向分光器により、高エネルギーX線が取り出せます。Si111結晶により、75.5 keVに 単色化したX線が使用できます。ブラック角は1.5°に固定されているのでエネルギーを変更することはできません。

    Fig.1 Schematic view of the beamline
  • X線ビームのパラメーター
    • Aブランチ

       

      Energy range 4.5 ∼ 113 keV
      Resolution ΔE/E 2 × 10-4(Si (111))
      Flux at sample 1012 ∼ 1013 photons/s
      Beam size at sample 0.7 (V) × 2 (H) mm2
      Minimum focused beam size 100 (V)×100 (H) nm2
      Higher harmonic content < 1 × 10-4

       

    • Bブランチ

       

      Energy range Si (111) : 75.5 keV
      Resolution ΔE/E 2 × 10-4
      Flux at sample 1010 ∼ 1012 photons/s
      Beam size at sample 0.5 (V) × 3 (H) mm2
      Higher harmonic content < 1 × 10-4

       

実験ステーション

  BL37XUは、光源から55m、62mおよび、76mの地点に3つの実験ハッチを持っています。実験ハッチのサイズはそれぞれ、8 (L) × 5 (W) × 3.3 (H) m3、6 (L) × 4 (W) × 3.3 (H) m3、6 (L) × 3.5 (W) × 3.3 (H) m3 です。実験ハッチ1には、Aブランチにサブミクロン空間分解走査型X線顕微鏡[2](Fig.2)が設置されており、Bブランチには高エネルギーX線を用いた計測装置類が設置可能です。実験ハッチ2には、多目的回折計、19素子Ge検出器、2次元ピクセル検出器、湾曲結晶蛍光分光器(Fig.3)が設置されており、数100µm2サイズの高輝度X線を用いた蛍光分光XAFS計測等が利用できます。実験ハッチ3には、100nm空間分解走査型X線顕微鏡[3](Fig.4)が設置されています。走査型X線顕微鏡と高エネルギーX線分光分析の概要を以下に記します。

  走査型X線顕微鏡には、エネルギー可変なマイクロ・ナノビームを実現するために、K-Bミラー光学系が用いられています。第1ハッチでは、 ビームサイズ: 860 (H) × 860 (V) nm2、フラックス: 1010 photons/s以上(10 keV)です。第3ハッチでは、高フラックスモードと高分解能モードの2モードの設定が可能で、高フラックスモードでは、ビームサイズ:480 (H) × 320 (V) nm2、 フラックス: 1011 photons/s以上です。 また高分解能モードでは、高精度スリットを空間フィルターとして用いることにより、 ビームサイズ:100 (H) × 100 (V) nm2、フラックス: 109 photons/s以上の集光ビームを得ることができます[3]。

  高エネルギーX線分光分析は、2011年にAブランチに導入されたSi333‐Si511結晶ペア二結晶分光器を用いることにより、 Bブランチ(75.5 keV)よりも高いエネルギー(<113keV)のX線をエネルギー可変で利用できるようになりました。これにより、高エネルギー蛍光X線分析がより柔軟に利用でき、高エネルギーXAFS計測も可能になりました。高エネルギー蛍光X線分析の測定例として、Fig.5にNISTガラス標準試料SRM611のスペクトルを示します。この試料はケイ酸塩ガラス中に61種の微量元素が50 ppmレベルで添加されたものです[4]。


Fig.2 Sub-micron spatial-resolved scanning x-ray microscope

Fig.3 Wavelength dispersive XAFS measurement system

Fig.4 100 nm spatial-resolved scanning x-ray microscope

Fig.5 XRF spectrum of SRM 611 glass sample (exposure time: 1000 s)
  • References
  1. Suzuki M., Terada Y., Ohashi H.,SPring-8 Research Frontiers 2011 149-150 (2012).
  2. Terada Y., Tanida H., Uruga T., Takeuchi A., Suzuki Y., Goto S.,AIP Conf. Proc., 1365,172-175 (2011).
  3. Ohashi H., Terada Y., et al, J. Phys: Conf. Ser., 425, 052018 (2013)
  4. 鈴木基寛, 寺田靖子ら, SPring-8利用者情報, 16 , 201-209 (2011).

文献検索 

BL37XU PUBLICATION SEARCH

 

連絡先

(注)e-mailアドレスは@マーク以下を省略していますので、アカウントの後に@spring8.or.jpを付けてください。

新田 清文
(公財)高輝度光科学研究センター(JASRI)
〒679-5198 兵庫県佐用郡佐用町光都1丁目1-1
Phone : 0791-58-0833
FAX : 0791-58-0830
e-mail : nittak

寺田 靖子
(公財)高輝度光科学研究センター(JASRI)
〒679-5198 兵庫県佐用郡佐用町光都1丁目1-1
Phone : 0791-58-0833
FAX : 0791-58-0830
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関澤 央輝 
(公財)高輝度光科学研究センター(JASRI)
〒679-5198 兵庫県佐用郡佐用町光都1丁目1-1 
Phone : 0791-58-0833
FAX : 0791-58-0830
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最終変更日 2017-10-06 17:10