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口頭

J-PARCに建設される茨城県材料構造解析装置について

石垣 徹; Harjo, S.; 米村 雅雄*; 神山 崇*; 森 一広*; 茂筑 高士*; 相澤 一也; 新井 正敏; 江幡 一弘*; 高野 佳樹*

no journal, , 

茨城県は、J-PARC を核として、北茨城周辺地域に「つくば」と並ぶ21世紀を担う先端科学技術拠点の形成を目指し「サイエンスフロンティア21構想」を策定し、県を整備主体と想定した茨城県中性子ビーム実験装置の整備を位置付けた。平成15年度には、中性子の産業利用を先導するため、J-PARCの稼働開始時期に合わせてJ-PARCの物質・生命科学実験施設中性子源に県独自に中性子ビーム実験装置を2台(汎用型中性子回折装置(材料構造解析装置),生命物質構造解析装置)整備することを決定した。本講演では、茨城県より設置提案を行っている、茨城県材料構造解析装置の概要について発表を行う。茨城県材料構造解析装置は、非結合型ポイゾン減速材(37mm厚側)に設置され、減速材-試料間距離を26.5mとすることで、0.15$$sim$$5.0$AA $の領域で、$$Delta$$d/d$$sim$$0.16%(一定値)を実現する。さらに、低角バンク,小角バンクを設置することにより、d$$sim$$80nmまでの広いd領域の測定が可能である。標準的な試料量を実験室X線での量程度とした場合、測定時間は5分程度になる。茨城県材料構造解析装置は高スループット回折装置として考えられており、分析装置のように手軽で迅速な測定を実現することで、本装置を各ユーザの材料設計・合成・評価サイクル(DSCサイクル)に組み込むことが可能となり、中性子の新物質開発への貢献や新たな産業応用の促進を図ることが可能になる。

口頭

Ibaraki biological crystal diffractometer in J-PARC (BIX-P1); Optimization of design parameters

日下 勝弘; 大原 高志; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 尾関 智二*; 栗原 和男; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; 江幡 一弘*; et al.

no journal, , 

茨城県が提案するJ-PARC生命物質構造解析装置は現存する生体高分子用回折計BIX-4と比べて約50倍の測定効率を目指し設計開発が進められている。この性能を達成するため、本装置はより中性子強度が強く、広いパルス時間幅を持つ結合型減速材を配するビームラインに導入される。この広いパルス時間幅を持つ入射中性子を用いることにより隣接するブラッグ反射は時間軸方向に部分的に重なりを持つことが予想される。装置設計パラメータはこれらの反射の重なりを考慮し決定されなければならない。また生体高分子中の水素原子の位置情報を十分な精度で得るためにはこの重なった反射の分離方法の確立が必要不可欠である。そこで反射の重なりの度合い,ブラッグ反射の測定収率,時間軸に沿った反射プロファイルを装置設計パラメータをもとにシミュレーションするコンピュータプログラムを開発した。このプログラムを用いたシミュレーションの結果をもとに生体高分子の構造解析に焦点をおいた装置設計パラメータ及び反射分離戦略の考察を行ったのでこれを報告する。

口頭

Ibaraki materials design diffractometer for J-PARC

石垣 徹; 星川 晃範; 米村 雅雄*; 神山 崇*; Harjo, S.; 相澤 一也; 佐久間 隆*; 友田 陽*; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県はJ-PARCの産業利用を推進することを目的として、汎用型粉末散乱装置(茨城県材料構造解析装置)を建設することを決定した。この回折計はハイスループット回折装置として考えられており、材料の開発・研究者は、この装置を材料の開発過程の中で化学分析装置のように手軽に用いることが可能である。この装置は、背面バンクで0.18$$<$$d(${AA}$)$$<$$5の$$d$$範囲を分解能$$Delta d/d = 0.16$$%で測定することが可能であり、5$$<$$d(${AA}$)$$<$$800の$$d$$範囲については徐々に変化する分解能でカバーしている。リートベルト解析が可能なデータを測定するための標準的な測定時間は実験室X線装置程度の量で数分である。産業利用を促進するためには、利用システムの整備が必要である。われわれは、中性子回折は使いたいが、詳しくない産業界及び学術利用者のためのサポートシステムも確立する予定である。装置の建設は、既に開始されており、2008年には、J-PARCのデイワン装置の一つとして完成の予定である。

口頭

茨城県生命物質構造解析装置における中性子光学系の設計

大原 高志; 栗原 和男; 日下 勝弘; 細谷 孝明; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県生命物質構造解析装置は、J-PARCの物質生命科学実験施設に設置される単結晶回折計で、生体高分子及び有機低分子の構造解析を目的とする。本装置は中性子線源からの距離が40mあり、中性子を効率的に輸送する光学系が必要不可欠である。今回、本装置の中性子光学系として、スーパーミラーガイド管を設計した。ガイドの形状のうち、水平方向には曲率半径4300mのカーブドガイドを用いることで高エネルギーの$$gamma$$線及び中性子線を除去し、さらに先端部のテーパードガイドで中性子を集光する。一方、垂直方向は多段階のテーパードガイドを組合せることでミラー表面での中性子の反射回数を減らし、反射による中性子の減少を抑えた。McSTAS及びIDEASを用いたモンテカルロシミュレーションによって試料位置での中性子の強度などを評価したところ、ストレートガイドを用いた場合と比較して0.7$AA $で2倍、1.0$AA $でも1.6倍のゲインが得られた。

口頭

茨城県材料構造解析装置の現状について

石垣 徹; 星川 晃範; 米村 雅雄*; 神山 崇*; 森 一広*; 茂筑 高士*; 相澤 一也; 新井 正敏; 江幡 一弘*; 高野 佳樹*; et al.

no journal, , 

茨城県はJ-PARCの産業利用を推進することを目的として、汎用型粉末散乱装置(茨城県材料構造解析装置)を建設することを決定した。この回折計はハイスループット回折装置として考えられており、材料の開発・研究者は、この装置を材料の開発過程の中で化学分析装置のように手軽に用いることが可能である。この装置は、背面バンクで0.18$$<$$d(${AA}$)$$<$$5の$$d$$範囲を分解能$$Delta d/d=0.16$$%で測定することが可能であり、5$$<$$d(${AA}$)$$<$$800の$$d$$範囲については徐々に変化する分解能でカバーしている。リートベルト解析が可能なデータを測定するための標準的な測定時間は実験室X線装置程度の量で数分である。産業利用を促進するためには、利用システムの整備が必要である。装置の建設は、既に開始されており、2008年には、J-PARCのデイワン装置の一つとして完成の予定である。今回は装置の建設状況についての報告を行う。

口頭

Current status of IBARAKI biological diffractometer in J-PARC; Optimization of design parameters

日下 勝弘; 大原 高志; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 栗原 和男; 細谷 孝明; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県がJ-PARC, MLF施設に設置予定の生命物質構造解析装置は現存する最高性能の生体高分子用中性子回折計BIX-4の50倍以上の測定効率を目指して設計・開発が進められている。本装置はこの高い測定効率を実現するため、結合型減速材を配するビームラインに設置することが決まっている。結合型減速材からの中性子ビームはパルス時間幅が広いため、格子定数の大きな単結晶試料の回折パターンを測定する場合、隣接するブラッグ反射が時間・空間方向に重なりを示すことが予想される。生体高分子中の水素位置を決定するに十分な分解能の積分反射強度データを得るためには、重なりを持つ反射の積分強度も高い精度で分離しデータとして用いなければならない。また、装置設計はこのブラッグ反射の重なりとその分離を考慮して行わなければならない。そこでわれわれは、反射重なりの度合い,反射の測定収率,時間軸に沿ったピークプロファイルを、装置設計パラメータをもとにシミュレーションする3つのプログラムを開発した。これらのプログラムを用いたシミュレーションの結果をもとに、最適な装置設計パラメータ及び反射分離法の検討を行ったのでこれを報告する。

口頭

TOF回折データシミュレーションによるJ-PARC茨城県生命物質構造解析装置の設計パラメータ最適化

日下 勝弘; 大原 高志; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 栗原 和男; 細谷 孝明; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県が原子力機構の協力のもとJ-PARC, MLFに建設を開始した生命物質構造解析装置(BIX-P1)は最大格子長約150$AA $の単結晶試料の回折データが測定可能で、現存する最高性能の生体高分子用中性子回折計BIX-3,4(JAEA)の100$$sim$$150倍の測定効率を目指している。本装置はこの高い測定効率を実現するため、結合型減速材を配するビームラインに設置される。しかし、結合型減速材からの中性子ビームはパルス時間幅が広く、隣接する反射が時間・空間方向に重なりを示すことが予想される。よって、装置設計パラメータはこのブラッグ反射の重なりとその分離を考慮し決定しなければならない。そこで、われわれは回折計の設計パラメータをもとにTOF回折データをシミュレーションする3つのプログラムを独自に開発し、(1)反射重なりシミュレーションによる光学系パラメータと試料-検出器間距離の検討,(2)ブラッグ反射の収率シミュレーションによる最適な検出器配置と高効率な測定方法の検討,(3)ブラッグ反射の時間方向のプロファイルシミュレーションによる反射分離方法の考察を行った。本発表ではそれぞれの検討・考察の結果を報告する。

口頭

IBARAKI materials design diffractometer; Versatile neutron diffractometer at J-PARC

石垣 徹; 星川 晃範; 米村 雅雄*; 神山 崇*; 相澤 一也; 佐久間 隆*; 友田 陽*; 森井 幸生; 新井 正敏; 林 真琴*; et al.

no journal, , 

茨城県はJ-PARCの産業利用を推進することを目的として、汎用型粉末散乱装置(茨城県材料構造解析装置)を建設することを決定した。この回折計はハイスループット回折装置として考えられており、材料の開発・研究者は、この装置を材料の開発過程の中で化学分析装置のように手軽に用いることが可能である。この装置は、背面バンクで0.18$$<$$d(${AA}$)$$<$$5の$$d$$範囲を分解能$$Delta d/d=0.16$$%で測定することが可能であり、5$$<$$d(${AA}$)$$<$$800の$$d$$範囲については徐々に変化する分解能でカバーしている。リートベルト解析が可能なデータを測定するための標準的な測定時間は実験室X線装置程度の量で数分である。産業利用を促進するためには、利用システムの整備が必要である。われわれは、中性子回折は使いたいが、詳しくない産業界及び学術利用者のためのサポートシステムも確立する予定である。装置の建設は、既に開始されており、2008年には、J-PARCのデイワン装置の一つとして完成の予定である。

口頭

Current status of IBARAKI biological diffractometer in J-PARC; Design of the neutron optics

大原 高志; 栗原 和男; 日下 勝弘; 細谷 孝明; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県生命物質構造解析装置は、J-PARCの物質生命科学実験施設に設置される単結晶回折計で、生体高分子及び有機低分子の構造解析を目的とする。本装置は中性子線源からの距離が40mあり、中性子を効率的に輸送する光学系が必要不可欠である。今回、図1に示す形状のスーパーミラーガイド管を設計した。水平方向には曲率半径4300mのカーブドガイドを用いることで高エネルギーの$$gamma$$線及び中性子線を除去し、先端部のテーパードガイドで集光している。一方、垂直方向は多段階のテーパードガイドを組合せることでミラー表面での中性子の反射回数を減らし、中性子束の減少を抑えた。モンテカルロシミュレーションによって試料位置での中性子の強度及びプロファイルを評価したところ、ストレートガイドを用いた場合と比較して0.7Aで2倍、1.0Aでも1.5倍のゲインが得られた。また、ビームのプロファイルについても、測定に用いるほぼすべての波長領域(0.7$$sim$$3.8A)で矩形に近いものが得られた。

口頭

Current status of IBARAKI biological diffractometer in J-PARC; Detector configuration and data reduction

日下 勝弘; 大原 高志; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*; 栗原 和男; 細谷 孝明; 尾関 智二*; 相澤 一也; 森井 幸生; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県がMLF施設に設置予定の生命物質構造解析装置は現存する最高性能の生体高分子用中性子回折計BIX-3の50倍以上の測定効率を目指して設計・開発が進められている。本装置はこの高い測定効率を実現するため、結合型減速材を配するビームラインに設置することが決まっている。結合型減速材からの中性子ビームはパルス時間幅が広いため、隣接するブラッグ反射が時間・空間方向に重なりを示すことが予想される。われわれはこれらの重なりを持つ反射の分離機能を含むTOF回折データ処理ソフトウェアを新たに開発しなければならない。また高い測定効率を実現するうえで、最適な検出器配置の検討も必要である。そこでわれわれは、装置性能指数及びTOF回折データを装置設計パラメータをもとにシミュレーションするプログラムを開発し、そのシミュレーションの結果をもとに、最適な検出器配置,データ測定戦略,反射分離戦略の検討を行ったのでこれを報告する。

口頭

Current status of IBARAKI biological crystal diffractometer in J-PARC

田中 伊知朗*; 大原 高志; 栗原 和男; 日下 勝弘*; 細谷 孝明; 友寄 克亮*; 新村 信雄*; 尾関 智二*; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

no journal, , 

茨城県生命物質構造解析装置は、茨城県によってJ-PARCに建設が進められているTOF単結晶中性子回折計である。本装置は135$AA $の格子長を持つ蛋白質の構造解析に対応できるとともに現在JRR-3に設置されているBIX-3/BIX-4に比べて約100倍の測定効率を持ち、2008年の完成後は構造生物学,化学の分野における産業利用を中心とした利用が期待される。本装置はさまざまなコンポーネントによって構成され、特に中性子光学系,検出器,試料周辺環境,ソフトウェアは装置の性能やユーザーの利便性を高める鍵となる。本発表では、それぞれのコンポーネントの詳細及び現在の開発状況について紹介し、本装置完成後の利用者の拡大を目指す。

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