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論文

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

4SEASONS ($textit{SIKI}$) is one of the three chopper spectrometers operating in MLF at J-PARC, and covers thermal neutron region ($$10^0$$ - $$10^2$$ 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-$$E_mathrm{i}$$) 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-$$E_mathrm{i}$$ measurements, and recent or planned upgrades of the instrument.

論文

Measurements of electron-induced neutrons as a tool for determination of electron temperature of fast electrons in the task of optimization laser-produced plasma ions acceleration

榊 泰直; 西内 満美子; 前田 祥太; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; Pikuz, T.; Faenov, A.*; 小倉 浩一; 深見 智代; 松川 兼也*; et al.

Review of Scientific Instruments, 85(2), p.02A705_1 - 02A705_4, 2014/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:81.48(Instruments & Instrumentation)

高強度レーザーとプラズマの相互作用によるイオン発生において、電子特性の計測は不可欠である。そのため、様々な計測手法が提案されているが、今回我々は、光核中性子反応による中性子を計測することで、精度よく電子特性の計測を行う新規性の高い手法を提案する。この手法は、イオン加速エネルギー計測と共にピークパワー1$$times$$10$$^{21}$$W/cm$$^{2}$$のJ-KARENレーザーによって実証された。イオン加速エネルギーと本手法による計測結果は極めて相関をもつことがわかり、改良を重ねて行けば非常に良い計測器になり得ることがわかった。

論文

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.

報告書

精密X線光学系による放射光実験用単結晶材料の結晶性評価

桐山 幸治; 三井 隆也; 福田 義博

JAEA-Technology 2009-035, 24 Pages, 2009/07

JAEA-Technology-2009-035.pdf:4.07MB

放射光実験で用いられる分光結晶には単結晶が用いられ、その単結晶には高い結晶性が要求される。そのため、実験で利用する単結晶の光学的性能を見極めて、その有効性を図るために、事前に簡便かつ迅速に結晶性を定量評価しておく必要がある。そこでわれわれは量子ビーム応用研究部門・放射光科学研究ユニット内においてX線発生装置を用いた精密X線光学系を組立て、上記の結晶を一例とするさまざまな結晶の結晶性を評価することができるシステムを立ち上げた。このシステムにおいては、最小で試料サイズが数10$$mu$$m程度の試料を測定可能で、1''以下での角度精度で測定が可能である。また、試料の位置を走査することで、試料内での結晶性の分布を測定することも可能である。本手法を用いて評価された鉄単結晶は、新たに開発された高分解能メスバウアー分光実験法においても利用されている。

論文

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

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.

論文

放射光白色X線による内部き裂先端近傍のイメージングとひずみマッピングの検討

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*

材料, 57(7), p.667 - 673, 2008/07

An imaging and a strain mapping in the vicinity of crack tip in materials were investigated using high energy white X-ray obtained from BL28B2 beam line at SPring-8 Japan. Low-alloy and high-tensile steel (JIS G3128 SHY685) was used as a specimen shaped into G-type and introduced a fatigue crack into the beam of it. As the results, the imaging of the crack of the length of about 1mm in the specimen with loading of crack opening is practicable by using high energy synchrotron white X-ray. The plastic region estimated from the distribution of FWHM almost agreed with the theoretical value calculated by fracture mechanics. It was confirmed that the high energy white X-ray was useful for the imaging of the crack and the strain mapping in the vicinity of it in the depth of the order of millimeter.

論文

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 $$alpha$$-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.

論文

Synchrotron radiation M$"o$ssbauer spectroscopy using Doppler-shifted 14.4 keV single line $$^{57}$$Fe-M$"o$ssbauer radiation

三井 隆也; 瀬戸 誠; 増田 亮; 桐山 幸治; 小林 康浩*

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 46(28), p.L703 - L705, 2007/07

 被引用回数:13 パーセンタイル:47.07(Physics, Applied)

従来の硬X線による吸収分光や非弾性散乱は、分光結晶の回折角変化で入射X線のエネルギーを変化させることでeV-meV分解能のスペクトル測定が行われる。一方、われわれがSPring-8で実用化したneV分解能を持つ超単色X線による分光測定では、neV以下での精密なX線エネルギー変調技術が必要となるが、回折角変化による従来の方法では実現不可能である。本研究では、運動するSi単結晶からのX線回折で生じる光のドップラー効果を利用した超精密X線エネルギー変調光学素子を開発し、neVのエネルギー分解能を有し、かつneV以下の精度でエネルギー変調可能なビームの生成に成功し、放射光メスバウアー分光の最初の測定を実現した。このようなビームを利用することで、超高圧,強磁場,超低温を組合せた多重極限条件下における吸収散乱(メスバウアー分光,非弾性散乱)による未踏研究が実現するものと期待される。

報告書

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。

報告書

SPring-8原研アンジュレータービームラインBL11XUの真空排気ユニットの振動対策

桐山 幸治*; 塩飽 秀啓

JAERI-Tech 2005-044, 16 Pages, 2005/08

JAERI-Tech-2005-044.pdf:1.31MB

原研アンジュレータービームラインBL11XUの輸送部配管に接続されている真空排気ユニットの振動対策を行った。排気ユニットはターボ分子ポンプとスクロールポンプから構成されており、これらを運転させることで必然的に生じる振動が何らかの経路で分光器に伝わってしまうと、分光結晶の平行度が崩れて出射光の安定に影響を及ぼす可能性がある。そのため、排気ユニットの振動対策はビームラインの安定運転のために必要である。特に大きな振動を生じるスクロールポンプの振動をオフラインでさまざまな測定条件で測定した結果、スクロールポンプの振動を抑えるには、(1)スクロールポンプに制振装置を取り付ける,(2)排気ユニットの架台にスクロールポンプを置かず、床に置く,(3)フレキシブルチューブとスクロールポンプを床に固定するとよいことがわかった。これらの排気ユニットの振動対策を行った結果、分光結晶ホルダーにセットされた振動計の測定では、排気ユニットから分光器へ伝播していたスクロールポンプの振幅は従来の約5分の1に減少した。今回BL11XUで施した手法は、排気ユニットを導入している他ビームラインのスクロールポンプの制振対策としても十分有効な手段であろう。

論文

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,2400$$^{circ}$$C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。

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。

論文

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2220$$^{circ}$$C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。

論文

高圧下における窒化ガリウムの一致溶融; 融液徐冷法による単結晶の合成

内海 渉; 齋藤 寛之; 青木 勝敏; 金子 洋*; 桐山 幸治*

日本結晶学会誌, 46(4), p.297 - 303, 2004/07

窒化ガリウムは、青色発光デバイスの中心をなす物質であり、エピタキシャル成長基板として用いられるような大型単結晶が切望されている。われわれはスプリングエイト設置のマルチアンビル型高温高圧発生装置を用いて、高温高圧下における窒化ガリウムの分解並びに融解の様子をX線その場観察した。その結果、6GPa以上の圧力下では、2200$$^{circ}$$Cで窒化ガリウムは一致溶融し、温度を下げることによって、可逆的に結晶化することを見いだした。この結果は、高圧下で窒化ガリウム融液を徐冷することによる新しい窒化ガリウム単結晶育成法につながるものである。この手法により100ミクロンサイズの単結晶がえられ、そのX線ロッキングカーブは30秒以下と極めて良質の結晶であることを示唆するものであった。

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。

報告書

SPring-8原研アンジュレータービームラインBL11XUの全反射ミラー装置の立ち上げ調整と特性評価

桐山 幸治*; 高橋 正光; 塩飽 秀啓

JAERI-Tech 2004-017, 39 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-017.pdf:2.49MB

SPring-8/BL11XUでは放射光の集光と結晶による高調波を除去するために70cm長の全反射ミラーを導入した。SiO$$_{2}$$を基盤とするこのミラーは、広いエネルギー領域で使用できるよう、上下2箇所にPtとRhのコーティングを施し、おおよそ6KeVから35KeV程度まで利用できる。BL11XU実験ハッチ3においてミラーの特性評価を行った結果、ミラーを利用したX線は、集光前の入射光に対して、約3倍の強度,3分の1の半値幅となり、高調波の除去も良好であった。ミラーを利用した放射光利用実験を円滑に進めるために、ミラーを正確かつ短時間に調整することが必要である。しかし、これまでに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、必ずしも効率の作業ができるとはいえなかった。そこで、BL11XUでは、作業手順を整理し、系統的なマニュアルを作成した。マニュアル化されたことによって、ミラーの使用経験・調整経験の少ない実験者であってもミラーを容易に使用・調整することが可能になった。

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

SPring-8 BL11XUの真空排気ユニット振動対策

桐山 幸治; 塩飽 秀啓

no journal, , 

日本原子力研究開発機構・専用ビームラインBL11XUの光学ハッチ内に設置されている真空排気ユニットの振動対策を行った。この真空排気ユニットはターボ分子ポンプとスクロールポンプから構成されている。真空排気ユニットの運転によって生じる振動が分光結晶に伝わると、その平行度が崩れて出射光の安定に影響を及ぼす可能性があるため、真空排気ユニットの振動対策はビームラインの安定運転のために必要である。特に大きな振動を生じるスクロールポンプの振動対策はこれまでにも試験されてきた。今回、オフラインのさまざまな測定条件下でスクロールポンプの振動を測定した結果、スクロールポンプの振動を外部に伝播させないための効果的な方法は、「制振装置を取り付けたスクロールポンプと、ターボ分子ポンプとスクロールポンプを結ぶフレキシブルチューブの両者をハッチ床に固定すること」だとわかった。これらの振動対策を真空排気ユニットに施した結果、スクロールポンプ特有の周波数$$sim$$30Hzの振幅が振動対策前には3.3$$times$$10-5mmであったが、振動対策後は6.2$$times$$10-6mmと約5分の1に減少し、その効果を確認することができた。

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