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報告書

液体窒素循環冷却装置の導入とマルチ結晶分光器への改造

塩飽 秀啓; 三井 隆也; 戸澤 一清*

JAEA-Research 2009-009, 60 Pages, 2009/07

JAEA-Research-2009-009.pdf:26.27MB

BL11XU/SPring-8(原子力機構・専用ビームライン)では、ビームライン高度化の一環として、分光器に液体窒素循環冷却装置を導入するとともに、マルチ結晶交換システムを開発した。液体窒素冷却方法は、シリコン単結晶を液体窒素温度付近まで冷却することによって、シリコンの線膨張係数が小さくなり、また熱伝導率が大きくなる特性を利用するものである。BL11XUの研究のために、6-70keVの範囲で高輝度X線を得るためには、使用エネルギーによってSi(111)結晶とSi(311)結晶を使い分けるマルチ結晶交換システムを開発した。液体窒素循環による結晶の振動防止と液体窒素循環によるステージの過冷却防止措置も組み込んだ。その結果、これまで使用してきた人工合成ダイヤモンド結晶と比較して、14.4keVではおよそ7.4倍の強度を得ることができた。さらに、結晶交換と調整を、わずか5分以内で行うことができ、必要に応じていつでも結晶交換が可能となった。このマルチ結晶交換システムは上記の結晶だけではなく、色々な結晶にも応用でき大変有効である。

論文

Wide band energy beamline using Si(111) crystal monochromators at BL22XU in SPring-8

菖蒲 敬久; 戸澤 一清*; 塩飽 秀啓; 小西 啓之; 稲見 俊哉; 原見 太幹; 水木 純一郎

AIP Conference Proceedings 879, p.902 - 906, 2007/01

SPring-8原子力機構専用ビームラインBL22XUでは、さまざまな研究を行うために3-70keVの広範囲のエネルギーを高強度で使用することが要求されている。そこで、Si(111)面を使用した2つの分光器をタンデムに配置し、使用するエネルギーに応じて使い分けるシステムを導入した。本発表では、得られるX線の性質、及び周期的に振動するX線の対策について紹介する。

報告書

SPring-8原研アンジュレータービームラインBL11XUの分光結晶の振動の現状と対策

桐山 幸治*; 塩飽 秀啓; 望月 哲朗*; 菖蒲 敬久*; 戸澤 一清*

JAERI-Tech 2005-003, 36 Pages, 2005/03

JAERI-Tech-2005-003.pdf:4.19MB

大型放射光施設SPring-8に設置した原研アンジュレータービームラインBL11XUにおいて、液体窒素冷却分光器(以下、分光器)に見られる振動及び出射光の時間的強度変化を抑制するために、分光結晶の振動対策を行った。振動の種類や振幅を測定した結果、1$$sim$$10Hz, 30Hz, 50Hzの振動成分が特に顕著だった。分光器のブラッグ角や分光結晶を冷却する液体窒素循環冷却装置や真空系機器の運転条件を系統的に変化させて調べた結果、これらの振動源は液体窒素の流れによるものと分光器外部の機器からの伝播によるものということがわかった。さらに、循環させている液体窒素の流量・内圧の不規則な変動と、温度に温度調整による一定周期の変動が見つかった。そこで、それぞれの原因に対策を行った結果、振動の除去、もしくは減少させることができた。また、液体窒素の流量・内圧の変動も抑えることができた。その結果、出射光の時間的強度変化は対策前に4.47%(標準偏差:0.0113)であったが、対策後は0.85%(標準偏差:0.0011)と減少し、出射光強度の安定性が改善された。今回BL11XUで行った振動対策は、液体窒素冷却分光器を持つSPring-8の他のビームラインに対しても十分有効だろう。

報告書

SPring-8 BL11XUにおける液体窒素冷却シリコン分光結晶の特性評価

戸澤 一清*; 桐山 幸治*; 三井 隆也; 塩飽 秀啓; 原見 太幹

JAERI-Tech 2004-041, 27 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-041.pdf:5.11MB

大型放射光施設SPring-8原研ビームラインBL11XUの分光結晶として、水冷ダイヤモンド結晶に換わり液体窒素冷却Si結晶を導入した。BL11XUでは6keVから70keVまでの広範囲のX線エネルギーを利用するために、Si(111)及びSi(311)の2個の結晶面を入射X線に垂直な水平軸(X軸)駆動ステージにより切り替えることのできるシステムを開発した。まず、結晶ホルダの組立などにより結晶に発生する歪みを見積もるために、結晶ホルダに結晶を組み込んだ状態における結晶性の評価をオフラインで行った。MoK$$alpha$$$$_{1}$$線を用い二結晶平行配置で両結晶面の第二結晶についてX線の結晶面における入射位置を変化させてロッキングカーブ測定を行った。得られたロッキングカーブの半値幅はいずれもX線の入射位置に依存せず一様で、理論値とほぼ同等であり、結晶性が良いことがわかった。BL11XUにおいてアンジュレータ放射光を用いて強度測定及びロッキングカーブ測定を行った。その結果、いずれの結晶面もX線強度が増加し、熱負荷による影響が見られず、冷却性能も良好であることがわかった。

論文

Cryogenically cooled monochromator with multi-crystal switching system on BL11XU at SPring-8

塩飽 秀啓; 三井 隆也; 戸澤 一清*; 桐山 幸治*; 原見 太幹; 望月 哲郎*

AIP Conference Proceedings 705, p.659 - 662, 2004/00

SPring-8の原研専用アンジュレータビームラインBL11XUにおいて、マルチ結晶切り替えシステムを備えた液体窒素循環冷却分光器を開発した。原研が推進する研究を網羅するためには6keV-70keVのX線を利用する必要があり、Si(111)結晶面とSi(311)結晶面を切り替えながら使用しなければならない。そのために、複数の結晶及び結晶面を切り替えることができ、かつ液体窒素循環冷却装置を備えた分光器を開発した。最初に、Si(111)結晶面とSi(311)結晶面に応用した。結晶切り替えの原理は、二組の結晶を並列に配置し、二組の結晶を並進させることで結晶を切り替える。結晶間及び結晶とホルダー間の熱伝達を向上させるために、インジウムシートを挿入した。また出射X線の安定性を向上させるために、調整軸数を減らした。さらに液体窒素による過冷却を防止する装置を設置した。現在は装置の立ち上げと調整を終え、今回の開発により、今まで使用したダイヤモンド(111)結晶と対比して、およそ7倍の強度が向上した。特に、結晶交換に通常3日-5日間を必要とするところを、このシステムではわずか5分間で交換と調整を終えることができた。このシステムは非対称反射結晶にも応用でき、非常に有効であることがわかった。

論文

Characterization of cryogenically cooled dual symmetric silicon geometry, Si(111)/Si(311), for the double-crystal monochromator on BL11XU at SPring-8

戸澤 一清*; 桐山 幸治*; 三井 隆也; 塩飽 秀啓; 原見 太幹

AIP Conference Proceedings 705, p.671 - 674, 2004/00

大型放射光施設SPring-8において原研ビームラインBL11XUの分光結晶として、水冷ダイヤモンド結晶に代わり液体窒素冷却Si結晶を導入した。6keVから70keVまでの利用エネルギー全範囲でX線性能を向上させるために、Si(111)及びSi(311)の2個の結晶面を入射X線に垂直な水平軸(X軸)駆動ステージにより切り替えることのできるシステムを採用した。まず、結晶ホルダの組立などにより結晶に発生する歪みを見積もるために、結晶ホルダに結晶を組み込んだ状態における結晶性の評価をオフラインで行った。MoK$$alpha$$$$_{1}$$線を用い二結晶平行配置で両結晶面の第二結晶についてX線の入射位置を変化させてロッキングカーブ測定を行った。得られたロッキングカーブの半値幅はいずれもX線の入射位置に依存せず一様で、理論値とほぼ同等であり、結晶性が良いことがわかった。BL11XUにおいてアンジュレータ光を用いて強度測定及びロッキングカーブ測定を行った。結果的に、いずれの結晶面も十分な出力強度の増加が得られ、高熱負荷によるロッキングカーブの半値幅の増幅もなく、X線性能の飛躍的な向上が実現した。

報告書

SPring-8原研アンジュレータービームラインBL11XUの液体窒素循環冷却装置の立ち上げ・調整

桐山 幸治*; 塩飽 秀啓; 戸澤 一清*

JAERI-Tech 2003-061, 21 Pages, 2003/07

JAERI-Tech-2003-061.pdf:3.25MB

X線の質及び強度を向上させるために、BL11XUでは液体窒素冷却したシリコン分光結晶(Si(111)とSi(311))を導入した。その分光結晶の冷却には内部循環方式の液体窒素循環冷却装置を採用した。この液体窒素冷却シリコン結晶を導入した後に放射光利用実験を円滑に進めるためには、液体窒素温度付近まで分光結晶を、安全かつ短時間に冷却することが望まれている。しかし、これまでは簡便な取り扱い説明書しか無く、立ち上げ手順や操作手順が系統的にまとめられていないために、必ずしも効率の良い作業ができるとはいえなかった。そこで今回、BL11XUで使用するために液体窒素循環冷却装置の取り扱い上のノウハウを含む系統的な手順書としてまとめた。その結果、装置本体の立ち上げを間違いなく確実に行うことができるようになり、速やかな装置立ち上げが可能となった。

口頭

Oscillating inhibition methods of cryogenically-cooled monochromator on BL11XU at SPring-8

桐山 幸治; 塩飽 秀啓; 望月 哲朗*; 菖蒲 敬久; 戸澤 一清*

no journal, , 

大型放射光施設SPring-8にある原子力機構アンジュレータービームラインBL11XUは、出射光特性向上のために液体窒素冷却シリコン結晶分光器を導入した。しかし、以前の分光器には見られない出射光の時間的強度変化が観測された。そこで、出射光の時間的強度変化の状態と分光結晶の振動を測定し、幾つかの振動源を特定し、有効な振動対策案を施すことにした。振動測定の結果から、液体窒素流量を安定化させることが分光結晶の振動抑制に効果があり、排気ユニットの振動が分光結晶に伝達しないようにすることが必要であると考えられた。そこで、ビームラインの排気ユニットの振動対策と液体窒素循環冷却装置関係の振動対策を行ったところ、出射光の振動と分光結晶の振動は抑制された。出射光の時間的強度変化は対策前2.86%(標準偏差:0.008302)から、対策後1.46%(標準偏差:0.004479)になり、出射光強度の安定性が改善された。今回BL11XUで行った振動対策は、同様の分光器を持つ他のビームラインに対しても十分有効だろう。

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