Application of transition-edge sensors for micro-X-ray fluorescence measurements and micro-X-ray absorption near edge structure spectroscopy; a case study of uranium speciation in biotite obtained from a uranium mine

マイクロビームX線による蛍光X線分光測定およびX線吸収端近傍構造分光測定への超伝導転移端センサーの応用; ウラン鉱山から採取した黒雲母中のウラン化学種に関する事例研究

蓬田 匠   ; 橋本 直   ; 奥村 拓馬*; 山田 真也*; 竜野 秀行*; 野田 博文*; 早川 亮大*; 岡田 信二*; 高取 沙悠理*; 磯部 忠昭*; 平木 貴宏*; 佐藤 寿紀*; 外山 裕一*; 一戸 悠人*; 関澤 央輝*; 新田 清文*; 栗原 雄一*  ; 福嶋 繁 ; 宇留賀 朋哉*; 北辻 章浩  ; 高橋 嘉夫*

Yomogida, Takumi; Hashimoto, Tadashi; Okumura, Takuma*; Yamada, Shinya*; Tatsuno, Hideyuki*; Noda, Hirofumi*; Hayakawa, Ryota*; Okada, Shinji*; Takatori, Sayuri*; Isobe, Tadaaki*; Hiraki, Takahiro*; Sato, Toshiki*; Toyama, Yuichi*; Ichinohe, Yuto*; Sekizawa, Oki*; Nitta, Kiyofumi*; Kurihara, Yuichi*; Fukushima, Shigeru; Uruga, Tomoya*; Kitatsuji, Yoshihiro; Takahashi, Yoshio*

本研究では、ウラン鉱山より採取した黒雲母に含まれるUの分布状態と化学種を分析するため、超電導転移端センサー(TES)をマイクロビーム蛍光X線分光分析時の検出器として用いる手法を開発した。通常のシリコンドリフト検出器(SDD)の約220eVのエネルギー分解能の蛍光X線スペクトルでは、13.615keVのU L線の蛍光X線と13.395keVのRb K線の蛍光X線を分離することは困難であった。一方、TESを用いることにより13keVのエネルギー領域で50eVのエネルギー分解能が達成され、U LとRb Kの蛍光X線を完全に分離することができた。このTESを用いたピーク分離により、マイクロ蛍光X線分析における微量Uの正確なマッピング解析と、マイクロX線吸収端近傍構造分光における信号対バックグラウンド比の減少を達成できた。

In this study, we successfully applied a transition-edge sensor (TES) spectrometer as a detector for microbeam X-ray measurements from a synchrotron X-ray light source to determine uranium (U) distribution at the micro-scale and its chemical species in biotite obtained from the U mine. It is difficult to separate the fluorescent X-ray of the U L line at 13.615 keV from that of the Rb K line at 13.395 keV in the X-ray fluorescence spectrum with an energy resolution of approximately 220 eV of the conventional silicon drift detector (SDD). Meanwhile, the fluorescent X-rays of U L and Rb K were fully separated by TES with 50 eV energy resolution at the energy of around 13 keV. The successful peak separation by TES led to an accurate mapping analysis of trace U in micro-X-ray fluorescence measurements and a decrease in the signal-to-background ratio in micro-X-ray absorption near edge structure spectroscopy.