SPring-8 JAEA専用ビームラインBL22XUの設計

Design of the SPring-8 JAEA beamline BL22XU

塩飽 秀啓   ; 丸下 元治*

Shiwaku, Hideaki; Marushita, Motoharu*

大型放射光施設SPring-8日本原子力研究所専用ビームライン(現在は、日本原子力研究開発機構(JAEA)専用ビームライン)である硬X線アンジュレータビームラインBL22XUの設計を行った。BL22XUは、主に放射性廃棄物処理に係る分離抽出材の設計及び化学的挙動解明を行うためのXAFS(X-ray Absorption Fine Structure)解析実験、回折計を用いた磁性研究実験、高圧プレスやダイヤモンドアンビルセルを用いた極限環境下実験等を行うためのビームラインである。利用可能なX線エネルギー範囲を370keVに設定した。ビームラインの光学系を設計するために、ミラーの反射率、分光結晶の回折幅、Be窓材の吸収率等を計算した。また、光線追跡を行い、各光学素子の材料、寸法、設置場所等を最適化した。さらに、放射性物質利用上の安全確保のため音響遅延管ADL(Acoustic Delay Line)の遅延時間についても検討を行った。BL22XU「重元素科学研究I」は、2002年にビームラインの建設を終え、立ち上げ調整期間を経て、既に運用している。軟X線アンジュレータを光源とするもう一つのJAEA専用ビームラインBL23SU「重元素化科学究II」と共に、2つのビームラインを相補的に利用することによって、原子力科学が直面する多くの問題を解決する放射光ビームラインとして発展することが期待されている。2018年から2019年に分光器の高度化を実施したため、ビームライン建設当時の設計、特徴と性能を改めてここに記録することとした。

We designed the hard X-ray undulator beamline BL22XU, which is dedicated to Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI) at SPring-8 (now Japan Atomic Energy Agency (JAEA)). BL22XU is used for XAFS (X-ray Absorption Fine Structure) analysis experiments to develop separation and extraction materials for radioactive waste treatment and to elucidate their chemical behavior, magnetic research experiments using a diffractometer, and experiments under extreme conditions using a high-pressure press and a diamond anvil cell. The available X-ray energy range was set from 3 to 70 keV. To design the optics of the beamline, the reflectivity of the mirrors, the diffraction width of the monochromatic crystal, and the absorptance of the Be window were calculated. In addition, ray tracing was performed to optimize the materials for optics, dimensions, and location. The delay time of the ADL (Acoustic Delay Line) was also examined to ensure the safety in the use of radioactive materials. The operation of BL22XU "JAEA Actinide Science I" has already started. By collaborating BL22XU and BL23SU "JAEA Actinide Science II," which uses a soft X-ray undulator as a light source, we solve the problems to promote nuclear sciences. Since the monochromator was upgraded in 2018-2019, initial planning and measured data are documented here again.