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論文

Development of soft X-ray multilayer laminar-type plane gratings and varied-line-spacing spherical grating for flat-field spectrograph in the 1-8 keV region

小池 雅人; 石野 雅彦; 今園 孝志; 佐野 一雄*; 笹井 浩行*; 畑山 雅俊*; 竹中 久貴*; Heimann, P. A.*; Gullikson, E. M.*

Spectrochimica Acta, Part B, 64(8), p.756 - 760, 2009/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:53.37(Spectroscopy)

1$$sim$$8keV領域で高回折効率を呈するW/CとCo/SiO$$_{2}$$多層膜ラミナー型平面回折格子(刻線密度1200本/mm)を開発した。Co/SiO$$_{2}$$回折格子においては4,6keVでそれぞれ0.41, 0.47、W/C回折格子においては8keVで0.38の高い回折効率を観測した。この特長を利用して1.7keV領域で用いることができる平面結像型分光器用としてMoSiO$$_{2}$$多層膜を蒸着したラミナー型不等間隔溝球面回折格子を開発した。0.9$$sim$$1.8keVでの回折効率は0.05$$sim$$0.20であった。また、Hf-M$$alpha$$$$_{1}$$(1644.6eV), Si-K$$alpha$$$$_{1}$$(1740.0eV), W-M$$alpha$$$$_{1}$$(1775.4eV)の半値全幅は13.7eV, 8.0eV, 8.7eVであった。このことにより、1$$sim$$8keV領域での多層膜ラミナー型回折格子の高回折効率性を実証したのみならず数keVでの平面結像型回折格子分光器の利用を可能とした。

論文

Fabrication and evaluation of a multilayer laminar-type holographic grating and its application to a high efficiency grazing incidence monochromator for the 1-8 keV region

小池 雅人; 石野 雅彦; Heimann, P. A.*; 今園 孝志; 竹中 久貴*; 畑山 雅俊*; 笹井 浩行*; Gullikson, E. M.*; 佐野 一雄*

AIP Conference Proceedings 879, p.647 - 650, 2007/01

ホログラフィック法と反応性イオンビームエッチング法により作成されたラミナー型回折格子は少なくとも溝の凸部において初期研磨面の良い面粗さが保存されるため波長と面粗さがほぼ同等のスケールとなる軟X線回折格子として適している。また、この回折格子面上にマグネトロンやイオンビームスパッタリング法により多層膜を蒸着すると回折効率の高い多層膜回折格子が作成できる。幾つかの多層膜材料を用いて多層膜ラミナー型ホログラフィック回折格子を作成し、その回折効率を米国ローレンスバークレー研究所先進光源施設(Advanced Light Source, ALS)BL-5.3.1とBL6.3.2及び立命館大学SRセンタ-BL-11で0.6$$sim$$6keVの範囲で回折効率を測定した。回折格子の刻線密度は1200本/mm、溝深さは3$$sim$$4nm、デューティ比(凸部の幅/格子定数)は0.4$$sim$$0.5、多層膜の周期は6-7nm、総膜層数は60$$sim$$100、有効面積は36$$times$$36mm$$^{2}$$である。その結果W/C多層膜を付加した場合、8keVで38.1%、CoSiO$$^{2}$$多層膜を付加した場合、4keVで40.9%の回折効率を示した。さらに。これらの高回折効率回折格子の利用として、1-8keV領域を測定領域とする可変偏角不等間隔溝平面回折格子分光器の設計例を示し、実験的に得られた回折効率を取り入れた分光器としてのスループットの見積計算,光線追跡によるシミュレーションの結果から予測される分解能についても議論を行う。

論文

Development of multilayer laminar-type diffraction gratings to achieve high diffraction efficiencies in the 1-8 keV energy region

石野 雅彦; Heimann, P. A.*; 笹井 浩行*; 畑山 雅俊*; 竹中 久貴*; 佐野 一雄*; Gullikson, E. M.*; 小池 雅人

Applied Optics, 45(26), p.6741 - 6745, 2006/09

 被引用回数:10 パーセンタイル:50.19(Optics)

1-8keVのエネルギー領域のX線には、元素の吸収端が数多く存在することから元素分析や物質の構造解析等の分野で広く利用されている。しかし、回折格子分光器は2keVよりも高エネルギーでは効率が極端に減少することから実用上問題が多い。われわれは1-8keVのX線領域において高い効率を実現する回折格子として、多層膜をコーティングしたラミナー型多層膜回折格子の生成と評価を行った。多層膜としては1-8keVで高い反射率が期待できるW/C多層膜及びCo/SiO$$_{2}$$多層膜を選択し、マグネトロンスパッタリング法及びイオンビームスパッタリング法により回折格子基板上に成膜を行った。そして、回折効率を米国ローレンスバークレー国立研究所の放射光施設であるAdvanced Light SourceのBL5.3.1, BL6.3.2, 立命館大学SRセンターのBL-11、そしてX線回折装置を用いて測定した。その結果、Co/SiO$$_{2}$$多層膜回折格子が6.0keVにおいて47%の回折効率を、W/C多層膜回折格子が8.0keVにおいて38%の回折効率を示した。このことから、開発した多層膜回折格子は1-8keV領域において十分実用となることを見いだした。これらの測定結果は今まで報告されている効率の中で最も高い値である。そして粗さを考慮した理論計算からCo/SiO$$_{2}$$多層膜回折格子の粗さを$$sigma$$=0.7-1.3nm, W/C多層膜回折格子の粗さを$$sigma$$=0.8-1.0nmと評価した。これは回折格子基板の持つ表面粗さから考えて、妥当な値である。

論文

Aqueous chemistry with seaborgium (element 106)

Br$"u$chle, W.*; Andrassy, M.*; Angert, R.*; Eberhardt, K.*; Fricke, B.*; Gregorich, K. E.*; G$"u$nther, R.*; Hartmann, W.*; Heimann, R.*; Hoffman, D. C.*; et al.

1st International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements; Extended Abstracts, 4 Pages, 1999/00

化合物イオンが金属イオンの酸化状態に大きく依存することで知られている$$alpha$$-HIB($$alpha$$-イソブチル酢酸)とシーボーギウム(Sg)化合物の陽イオン交換挙動を調べた。オンライン実験は、$$^{248}$$Cm+$$^{22}$$Ne反応で生成する$$^{265}$$Sg($$^{266}$$Sg)を対象に行い、6価イオンに対応する溶離液中にSgの壊変に起因する数イベントの$$alpha$$線を確認した。これはSgの$$alpha$$-HIB溶液中での陽イオン交換挙動が、6族の性質すなわち[Sg$$^{VI}$$L$$_{7}$$]$$^{-}$$(L:(CH$$_{3}$$)$$_{2}$$COH$$^{-}$$COO$$^{-}$$)の化学形を形成していることを示唆している。

口頭

高回折効率W/C多層膜ラミナー型ホログラフィック回折格子の製作と評価

小池 雅人; 石野 雅彦; 佐野 一雄*; 竹中 久貴*; 畑山 雅俊*; 笹井 浩行*; Heimann, P. A.*; Gullikson, E. M.*

no journal, , 

ホログラフィック法と反応性イオンビームエッチング法により作成されたラミナー型回折格子にマグネトロンマグネトロンスパッタリング法によりタングステンと炭素からなる多層膜を蒸着した多層膜回折格子を作成した。回折格子の刻線密度は1200本/mm,溝深さは3nm,デューティ比(山部の幅/格子定数)は0.45,多層膜の周期は6.66nm,タングステンと炭素の膜厚比は4:6,総膜層数は100,有効面積は36mm$$times$$36mmである。この回折格子をX線回折装置でCu-Ka線(0.154nm),3箇所の放射光を利用光学素子評価装置(立命館大学SRセンターBL-11,米国ローレンスバークレー研究所先進光源施設(Advanced Light Source, ALS) BL-5.3.1及びBL6.3.2)で0.6$$sim$$6keVの範囲で回折効率を測定した。その結果CuKa線において回折角88.815度(m=p=+1次光)に対して36.7%の回折効率を示した。この値はこれまで報告されている同じ物質対を用いた多層膜回折格子(多層膜鏡をエッチングして作成されたラミナー型回折格子、有効面積1.5$$times$$30mm$$^{2}$$)の回折効率34%を上回っており、他の物質対を用いた多層膜回折格子を含めても著者の知る限りこれまで実験的に示された最も高い回折効率である。なお、実験的に得られた回折効率,理論的に計算される理想条件の回折効率55.8%などから多層膜層に起因する面粗さは約0.3nmと見積もられる。

口頭

W/C multilayered laminar-type holographic grating and its application to a high efficiency grazing incidence monochromator for the 1-8 keV region

小池 雅人; 石野 雅彦; 佐野 一雄*; 竹中 久貴*; 畑山 雅俊*; Heimann, P. A.*; Gullikson, E. M.*; 笹井 浩行*

no journal, , 

1-8keV領域を対象としたW/C多層膜ラミナー型ホログラフィック回折格子の設計,製作,回折効率評価について述べる。ホログラフィック法と反応性イオンビームエッチング法により作成されたラミナー型回折格子にマグネトロンマグネトロンスパッタリング法によりタングステンと炭素からなる多層膜を蒸着した多層膜回折格子を作成した。回折格子の刻線密度は1200本/mm、溝深さは3nm、デューティ比(山部の幅/格子定数)は0.45、総膜層数は100、有効面積は45mm$$times$$35mm$$^{2}$$である。この回折格子をX線回折装置で8.05keV、米国ローレンスバークレー研究所先進光源施設(Advanced Light Source)BL-5.3.1で2.5-8keV、同BL-6.3.2で775-1000eV、立命館大学SRセンターBL-11で600-1400eVの範囲で1次光の回折効率を測定した。その結果8keVで38.1%のこれまでの最大の回折効率が得られた。1-8keVの全領域に渡る平均回折効率も10%程度あった。さらにこの回折格子を用いると仮定し可変偏角斜入射分光器を設計し、分解能,スループットの予測を行った。

口頭

1-8keV領域用高効率ラミナー型多層膜回折格子の開発

石野 雅彦; 小池 雅人; Heimann, P. A.*; 笹井 浩行*; 畑山 雅俊*; 竹中 久貴*; 佐野 一雄*; Gullikson, E. M.*

no journal, , 

1-8keVのX線領域は物性研究や生命科学等の広い分野で利用されつつある。しかし、回折格子分光器は2keVよりも高エネルギーで効率が極端に減少し、結晶分光器では構成元素による吸収構造や熱耐性など実用上問題が多い。そこで、1-8keVのX線領域で機能する回折格子、そして回折格子分光器の開発を目的として、多層膜をラミナー型回折格子基板上に成膜した多層膜平面回折格子の生成と評価を行った。多層膜としてW/C多層膜とCo/SiO$$_{2}$$多層膜をそれぞれマグネトロンスパッタリング法及びイオンビームスパッタリング法により成膜した。そして、回折効率を米国ローレンスバークレー国立研究所の放射光施設Advanced Light SourceのBL5.3.1及びBL6.3.2,立命館大学SRセンターのBL-11、そしてX線回折装置を用いて測定した。その結果、W/C多層膜が8keVにおいて38%, Co/SiO$$_{2}$$多層膜回折格子は6keVにおいて47%と、これまで報告されている中で最も高いと考えられる回折効率を得た。理論的に得られる回折効率と実験値との差は面粗さや多層膜構造の不完全性によるものと考えられるが、粗さの指標となるDebye-Waller係数で評価した場合、約1nmに相当しAFMや干渉計などほかの方法で得られた値とほぼ一致した。

口頭

High efficiency multilayer laminar-type gratings and their application to a grazing incidence monochromator for the 1-8 keV region

小池 雅人; 石野 雅彦; Heimann, P. A.*; Gullikson, E. M.*; 竹中 久貴*; 畑山 雅俊*; 笹井 浩行*; 佐野 一雄*

no journal, , 

ホログラフィック法と反応性イオンビームエッチング法により作成されたラミナー型回折格子は少なくとも溝の凸部において初期研磨面のよい面粗さが保存されるため波長と面粗さがほぼ同等のスケールとなる軟X線回折格子として適している。この回折格子面上にマグネトロンやイオンビームスパッタリング法により多層膜を蒸着し多層膜回折格子を作成した。幾つかの多層膜材料を用いて多層膜ラミナー型ホログラフィック回折格子を作成し、その回折効率を米国ローレンスバークレー研究所先進光源施設(Advanced Light Source,ALS)BL-5.3.1とBL-6.3.2及び立命館大学SRセンターBL-11で0.6$$sim$$8keVの範囲で回折効率を測定した。回折格子の刻線密度は1200本/mm,溝深さは3$$sim$$4nm,デューティ比(凸部の幅8格子定数)は0.4$$sim$$0.5,多層膜の周期長は6$$sim$$7nm,総膜層数は60$$sim$$100である。測定の結果W/C多層膜を付加した場合、8keVで38.1%,CoSiO$$^{2}$$多層膜を付加した場合、4keVで40.9%の回折効率が得られた。さらに。これらの高回折効率回折格子の利用として、1$$sim$$8keV領域を測定領域とする可変偏角不等間隔溝平面回折格子分光器の設計例を示し、実験的に得られた回折効率を取り入れた分光器としてのスループットの見積計算,光線追跡によるシミュレーションの結果から予測される分解能についても議論を行う。

口頭

keV領域ラミナー型多層膜回折格子の製作評価と可変偏角高分解能分光器への応用

小池 雅人; 石野 雅彦; 佐野 一雄*; 笹井 浩行*; 竹中 久貴*; 畑山 雅俊*; Heimann, P. A.*; Gullikson, E. M.*

no journal, , 

ホログラフィック法と反応性イオンビームエッチング法により作成されたラミナー型回折格子は面粗さが波長とほぼ同等のスケールとなる軟X線回折格子として適している。この回折格子面上に多層膜を蒸着し多層膜回折格子を作成した。米国ローレンスバークレー国立研究所(LBNL)Advanced Light Source(ALS)などでの測定により8keVで38.1%、CoSiO$$_{2}$$多層膜を付加した場合、4keVで40.9%のきわめて高い回折効率が得られた。多層膜回折格子の一応用として放射光ビームラインに適した1$$sim$$8keVの領域を対象とする不等間隔溝多層膜平面回折格子を用いた高分解能可変偏角型分光器の設計について述べる。この分光器は結像凹面鏡(固定),多層膜平面回折格子(回転),多層膜平面鏡(移動,回転)の3点の光学素子から構成される(括弧内は波長走査に必要な運動を示す)。分解能と回折効率を実用上の限界まで高めるため1$$sim$$8keVの領域を3分割し、それぞれの領域で最適な多層膜,不等間隔溝様式を持つ3枚の多層膜回折格子を用いると仮定した。講演では高輝度放射光源に設置されたアンジュレータを光源とした場合の分解能,スループットの数値計算結果について報告する。

口頭

Development of soft X-ray multilayer laminar-type plane gratings and VLS spherical grating for flat-field spectrograph in the 1-8 keV region

小池 雅人; 石野 雅彦; 今園 孝志; 佐野 一雄*; 笹井 浩行*; 畑山 雅俊*; 竹中 久貴*; Heimann, P. A.*; Gullikson, E. M.*

no journal, , 

0.75-0.75nmを対象とする平面結像型分光器に用いる平均刻線密度2400本/mmの多層膜ラミナー型球面回折格子の設計製作評価を行った。不等間隔溝パターンは非球面波露光法で作成され、反応性イオンビームエッチング法によりラミナー型の溝形状に加工された。その上にMo/SiO$$_{2}$$多層膜を蒸着した。多層膜の周期長はHf-M, Si-K, W-Mバンドの発光スペクトルのエネルギーに合わせて回折格子面上を3分割したそれぞれの部分に最適化された。各部分での1次回折光の回折効率は18-20パーセントで、スペクトル分解は8-14eVであった。

口頭

Co/SiO$$_{2}$$多層膜光学素子の生成と評価

石野 雅彦; 小池 雅人; 兼平 美香*; 佐藤 二美*; 寺内 正己*; 佐野 一雄*; Heimann, P. A.*; Gullikson, E. M.*

no journal, , 

ラミナー型ホログラフィック回折格子を基板として、その表面にCo/SiO$$_{2}$$多層膜をイオンビームスパッタリング法により成膜することで、Co/SiO$$_{2}$$多層膜回折格子を作製した。作製した多層膜回折格子の回折効率をX線回折装置と放射光施設で測定した結果、1.5-8keVの広いエネルギー範囲において10%以上の回折効率を示すことを確認した。特に4-6keVにおいては40%以上の回折効率を実現しており、6keVでの効率は47%であった。次にCo/SiO$$_{2}$$多層膜の耐熱性を評価するために、真空加熱炉による熱処理を100$$^{circ}$$Cから600$$^{circ}$$Cまでの温度で1時間行った。X線回折測定,透過型電子顕微鏡観察,軟X線反射率測定から多層膜構造と光学特性の変化を評価した結果、Co/SiO$$_{2}$$多層膜は400$$^{circ}$$Cまでの熱処理に対して熱処理前の構造と反射率を維持することを確認した。Co/SiO$$_{2}$$多層膜とSiO$$_{2}$$やSiC等の耐熱性基板とを組合せたCo/SiO$$_{2}$$多層膜光学素子は実用的な耐熱性を持つと考えられることから、高輝度光源での利用にも高い安定性(耐熱性)を備えた高効率光学素子として機能することが期待される。

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