Recent progress in the chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 中島 健次; 河村 聖子; 中谷 健; et al.

JAEA-Conf 2015-002, p.319 - 329, 2016/02

https://doi.org/10.11484/jaea-conf-2015-002

4SEASONS () is one of the three chopper spectrometers operating in MLF at J-PARC, and covers thermal neutron region ( - meV) with relaxed resolution and high flux. The repetition rate multiplication by the Fermi chopper on this short length (18 m between the source and the sample) spectrometer enables wide-band multiple-incident-energy (multi-) measurements, which proved to be useful in observing hierarchical structures in excitations over a large energy scale. On the other hand, the upgrading work of the spectrometer has been continued since the first inelastic scattering experiment in 2009. For examples, we took several measures to suppress background, installed new detectors recently, and are developing a new Fermi chopper now. In the presentation, we show examples of scientific outputs from the spectrometer which benefit from the multi- measurements, and recent or planned upgrades of the instrument.

Transmission imaging and strain mapping in the vicinity of internal crack tip using synchrotron white X-ray

柴野 純一*; 梶原 堅太郎*; 桐山 幸治*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 西村 優*; 三浦 節男*; 小林 道明*

Materials Science Forum, 638-642, p.2476 - 2481, 2010/01

A transmission imaging and a strain mapping in the vicinity of a crack tip in steel were investigated using a high energy white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 in Japan. Low-alloy and high-tensile steel was used as a specimen prepared in the G-type geometry with a rectangular sectional part of 5 mm thickness for a four-point bending. As the results, the transmitted image of the crack showed that the crack in the specimen was propagated deeper than that on the surface. It became clear by the numerical simulation that the FWHM of diffracted X-ray profile measured near the crack tip was increased due to the steep change in the strain distribution. It was confirmed that the synchrotron white X-ray was useful for the imaging of the internal crack and the strain mapping near it.

放射光白色X線を用いたCTによる丸棒鋼内部き裂の観察とその先端近傍のひずみマッピング

柴野 純一*; 桐山 幸治; 梶原 堅太郎*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 新居 恭征*; 三浦 節男*; 小林 道明*

材料, 58(7), p.596 - 602, 2009/07

https://doi.org/10.2472/jsms.58.596

A computerized tomography and a strain mapping near a crack tip in material were investigated using a white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 in Japan. The computerized tomography of the crack in the specimen was carried out by using the CCD camera that can detect indirectly the X-ray transmitted through the specimen. To measure the strain using the energy dispersive X-ray diffraction technique. As the results, the computerized tomography of the crack in the specimen under the tensile loading was practicable by using the white X-ray. The map of the internal strain near the crack tip of the specimen could be obtained using the high energy white X-ray. It was confirmed that the maximum tensile strain was distributed circularly along the crack tip estimated by CT.

Measurement of internal strain in materials using high energy white X-ray at SPring-8

柴野 純一*; 菖蒲 敬久; 鈴木 賢治*; 桐山 幸治; 梶原 堅太郎*; 金子 洋; 小林 道明*

Materials Science Forum, 571-572, p.267 - 270, 2008/00

In this paper, the strain in the bulk of material was measured using high energy white X-rays from synchrotron radiation sources of BL14B1 and BL28B2 at SPring-8 in Japan. JIS-S45C carbon steel and JIS-SHY685 high-tensile steel were used as specimens. As a result, the internal strain of SHY685 of 15 millimeters thickness could be evaluated using X-rays with energy of 155 keV diffracted by -Fe321 lattice plane. It is suitable for the high accuracy measurement to include more than or equal to 5000 grains of crystal in the gauge volume. Furthermore, the measurement error peak count and the profile which is close to Gaussian curve. However, the measurement accuracy of the internal strain of S45C was relatively low. Because the diffracted X-ray peak counts at each measurement position fluctuated with the relationship between grain size of S45C and the irradiated X-ray beam size.

高分解能分光結晶の製作法

桐山 幸治; 三井 隆也

JAEA-Technology 2006-056, 28 Pages, 2006/12

JAEA-Technology-2006-056.pdf:8.53MB

日本原子力研究開発機構・量子ビーム応用研究部門・放射光科学研究ユニットでは、SPring-8の放射光を利用して行う高エネルギー分解能を要する特殊な実験に必要な結晶を製作するための技術的方法を確立させた。結晶の製作にあたっては、成形のための結晶加工装置と結晶面を測定するためのX線回折計を利用した。この製作法を用いて0.01度程度の角度精度を持って高分解能分光結晶やビームコリメーターなどを製作することができるようになったことで、ナノテクノロジー研究のような特殊な実験条件を必要とする放射光実験で利用できる環境が整備された。

Single crystal growth of Gallium Nitride by slow-cooling of its congruent melt under high pressure

内海 渉; 齋藤 寛之; 金子 洋*; 桐山 幸治*; 青木 勝敏

Proceedings of Joint 20th AIRAPT - 43rd EHPRG International Conference on High Pressure Science and Technology (CD-ROM), 5 Pages, 2005/06

高圧下においてその融液を徐冷することによって、GaN単結晶を合成することに成功した。その場X線観察によって、6万気圧以上の圧力下ではGaNの高温での分解が抑制され、一致溶融液体を得られることが初めて確認された。この知見に基づき、キュービックアンビル型高圧装置を用いて、6.5万気圧,2400Cから温度を下げることによってGaN単結晶が得られた。この結晶はロッキングカーブ半値幅が30秒以下であり、転位密度が小さいことを示唆している。

Single crystal growth of gallium nitride by slow-cooling of its congruent melt under high pressure

齋藤 寛之; 内海 渉; 金子 洋*; 桐山 幸治*; 青木 勝敏

State-of-the-Art Program on Compound Semiconductors XLI and Nitride and Wide Bandgap Semiconductors for Sensors, Photonics, and Electronics V, p.587 - 592, 2004/10

高圧下融液の徐冷による窒化ガリウム単結晶の育成に成功した。6.0GPa以上の圧力を加えると分解を押さえて2220Cで融液が得られることを放射光その場観察により見いだした。育成された単結晶試料のX線ロッキングカーブ測定の半値幅は30秒以下で、転位密度が小さい良質の単結晶であることが予想される。

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。

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

https://doi.org/10.1063/1.1757882

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。

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。