Evaluation of spot separation with neutron sources in J-PARC for a new diffractometer designed for large biomacromolecules

J-PARC大型生体高分子パルス中性子回折装置設置に向けた反射分離能の評価

友寄 克亮; 栗原 和男; 玉田 太郎; 黒木 良太

Tomoyori, Katsuaki; Kurihara, Kazuo; Tamada, Taro; Kuroki, Ryota

構造生物学研究において、膜タンパク質やタンパク質複合体などの大型タンパク質は重要な研究対象の一つである。これらの大型タンパク質の水素原子や水和水を含む立体構造解析から、機能メカニズムを解明することは、生命科学に大きな進展をもたらす。我々は、J-PARC(大強度陽子加速器施設)に大型単位格子をもつタンパク質結晶の中性子回折実験を可能とする新装置の建設を提案している。散乱実験での飛行時間測定法において一番の長所は飛行距離を大きくとることによりエネルギー(あるいは時間)分解能を改善することが可能であることである。J-PARCに建設予定の新装置でも飛行距離を大きくとることにより長格子タンパク質の測定も可能になるが、ビームラインの設置の物理的な制約もありパルス幅が比較的短い非結合型減速材(DM)を新装置の線源として優先的に検討している。しかしJ-PARC/MLFには、他にさらに強度が強い結合型減速材(CM)やよりパルス幅が短い非結合型ポイゾン減速材(PM)の2種類の減速材も存在する。J-PARC/MLFの3種類の線源データを用いて、簡易的な装置モデルを用いて長格子(~250)測定実現のための装置パラメータの評価を行った。低角バンクの検出器では面間隔の決定精度が悪化するため角度分散を改善できるようコリメータやスリット等での調整が必要となる。散乱角に依存した反射分離評価を行い、最適なL1(第一飛行距離), L2(カメラ長)および発散角を検討したのでポスターにて報告する。

In protein crystallography, the large biomacromolecules like the membrane proteins and protein complex are one of the most important research objects. It brings greatly contributions to the life science research field to elucidate the function by means of the structural analyses including hydrogen atom and hydration of these proteins. We propose to construct a new instrument to realize the neutron diffraction experiment using protein crystals with large unit cells. In scattering experiment with time-of-flight method, the most advantageous feature is to be able to improve the energy or time resolution by increasing flight path length. The long flight path can facilitate the spot separation from the measurement of protein crystals with large unit cells in the new instrument to be constructed in J-PARC/MLF. At present, we are predominantly planning to choose the decoupled moderator (DM) with comparatively narrow pulse width considering limited space to accommodate our new instrument inside J-PARC/MLF buildings. We evaluated the instrumental parameters to realize the measurement of protein crystal with large unit cell over 250 . The uncertainty of d-spacings is very large in low angle bank detector. It could be required to improve the angular divergence with some collimator and slit apparatus. We evaluated the capability of spot separation against scattering angles and determined the flight path length L1, L2 and the required angular divergence.