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4000eV領域の軟X線平面結像型分光器の開発と電子顕微鏡への応用今園 孝志; 小池 雅人; 河内 哲哉; 長谷川 登; 小枝 勝*; 長野 哲也*; 笹井 浩行*; 大上 裕紀*; 米澤 善央*; 倉本 智史*; et al.
no journal, ,
電子顕微鏡(電顕)と組み合わせた軟X線平面結像型分光器は局所領域の構造評価とその電子状態を同時に分析できるツールとして様々な物質への適用が期待されている。特に、504000eV領域は機能性物質の発光線を数多く観測し得ることから重要なエネルギー領域である。しかし、回折格子の結像特性、収差補正機能、表面物質等の制限により、504000eV領域の全域を一つの回折格子でカバーする分光器を実現するのは困難である。この問題を解決するため、当該領域を50200eV, 155350eV, 3002200eV, 20004000eVに4分割し、各領域で最適化した不等間隔溝回折格子を共通する一つの分光器に搭載できるようにした。さらに、24keV領域において入射角が一定の条件下で反射率を一様に高めることが可能な多層膜鏡の膜構造を考案し、これを回折格子の表面物質として応用した(広帯域多層膜回折格子)。講演では、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)及び透過型電顕(TEM)に搭載した分光器で得られたLi-
やC-発光、ITOからのSn-
とIn-
線の高分解能測定の結果について述べる。
小池 雅人; 今園 孝志; 小枝 勝*; 長野 哲也*; 笹井 浩行*; 大上 裕紀*; 米澤 善央*; 倉本 智史*; 寺内 正己*; 高橋 秀之*; et al.
no journal, ,
B-K発光(183eV)のエネルギー領域に最適化した新たな試みによる高回折効率回折格子について理論的な検討を行った。入射光エネルギー183.3eVに対しての金の臨界角は4.9
で斜入射角3.0のとき全反射の条件を満たすが、金の消衰係数が大きい(8.4
10
)ため反射率は74%となる。これに対して炭素の臨界角は7.7で消衰係数も小さい(7.610
)ため反射率は93%となる。このこと回折格子へ応用する。ラミナー型回折格子(刻線密度: 1200本/mm, デュテー比: 0.3, 溝深さ: 16nm, 基板: SiO
, 表面: 30nm厚の金、または金とニッケル蒸着膜)上に非晶質炭素(a-C,密度: 2.2g/cm
)または高密度のダイアモンドライクカーボン膜(ta-C, 密度: 3.1g/cm)を付加する場合を考える。これらの回折格子において斜入射角3で183.3eV近傍の回折効率(1次光)が最大となる最適膜厚を求めた。その結果、a-C, ta-Cの最適膜厚としてそれぞれ12nm, 24nmを得た。金膜だけの場合に比較して、6-10nmの広い範囲で回折効率が増大する結果を得た。特に、183.3eVでは33%(a-C), 80%(ta-C)増加しており、超微量ボロンK線の高感度計測に有効な回折格子として機能すると期待できる。
佐藤 達彦; 仁井田 浩二*; 松田 規宏; 橋本 慎太郎; 岩元 洋介; 古田 琢哉; 岩瀬 広*; 野田 秀作; 小川 達彦; 中島 宏; et al.
no journal, ,
原子力機構が中心となり、RISTやKEKなど国内外複数の研究機関と協力して汎用モンテカルロ放射線挙動解析コードPHITSの開発を進めている。その最近の改良点として、2013年1月にリリースしたVersion2.52より、最新の核内カスケードモデルINCL4.6やINC-ELF、統計マルチフラグメンテーションモデルSMMなどが組み込まれ、高エネルギー核反応に対する再現精度が向上した。また、2013年11月にリリースしたVersion2.64より、
脱励起モデルEBITEMや140MeVまでの高エネルギー光核反応モデルが組み込まれ、核反応後に放出される即発線スペクトルや、高エネルギー光核反応により放出される中性子スペクトルの計算が可能となった。これら最近の改良と普及活動の結果、PHITSのユーザー数は1年間で350名ほど増え、1,200名を超えるに至った。
坪内 雅明; 越智 義浩; 田中 桃子; 吉田 芙美子; 永島 圭介
no journal, ,
現在我々は、テラヘルツ(THz)光による分子回転の制御、特に分子空間配向の実現を目指して高強度THz光源の開発を行っている。高強度THz光発生では、波面傾斜された近赤外励起光をMg-sLiNbO
結晶に照射する手法が主に用いられている。Heblingらは高い効率で高強度THz光を発生するための諸条件を計算し、400fs-1ps程度の比較的長いパルス幅を持つ近赤外励起光源の優位性を示した。このようなパルス幅を有する高強度近赤外光発生にはYb:YAG結晶の利用が考えられるが、彼らは繰り返し周波数10Hzの再生増幅器により200mJの励起光源を得、125
Jという超高強度THz光発生に成功した。我々は高強度THzパルス光を分子制御へ応用することを考慮し、高繰り返し(1kHz)高強度近赤外励起光源を開発し、高強度THz光を発生することを試みた。
BO
のシンチレーションにおけるLET効果越水 正典*; 藤本 裕*; 柳田 健之*; 岩松 和宏; 木村 敦; 倉島 俊; 田口 光正; 浅井 圭介*
no journal, ,
原子炉内の核反応やホウ素中性子捕捉療法等で用いられる熱中性子の検出には、検出器内部材料の(n,
)反応により生じた線によるシンチレーション現象が利用されている。バックグラウンドとして線が存在する環境において中性子を検出するためには、線照射時とは異なるシンチレーション減衰を示す材料を開発することが重要である。そこで、TIARA施設AVFサイクロトロンからのシングルパルスを、CeをドープしたCaBOに照射し、そのシンチレーション現象のLET依存性を観測した。20MeV H照射と比較し、高いLET値を有する50MeV Heや220MeV Cでは、シンチレーションの立ち上がりが早くなった。この結果は、LET値の増加に伴う高密度励起により媒体からCeへのエネルギー移動前に励起状態間相互作用が起きやすくなり、遅い立ち上がり成分が消光されるためであると推察される。
長家 康展
no journal, ,
原子力機構では、モンテカルロコードMVP-GMVPを開発し、第2版を2005年に公開したが、それ以降も、炉心解析計算に対する様々な機能拡張を行ってきた。本発表では、これまで行われてきた機能拡張を中心に、MVPコード開発の現状について報告する。MVPの開発の経緯、一般的な特徴、物理モデル、断面積データについて説明する。また、近年MVPに実装した新機能(摂動計算機能、多群定数生成機能、共鳴弾性散乱断面積モデルの改良、動特性パラメータ計算機能)についてレビューする。
大場 弘則; 佐伯 盛久; 若井田 育夫
no journal, ,
原子力分野におけるレーザー遠隔分光分析法の可能性を評価するために、再処理工程での液体物質移動管理・分析を対象にしたLIBS(レーザー誘起ブレークダウン分光)分析技術の開発を進めており、これまでに液体薄膜ジェットをLIBSに適用して高感度の分析が可能なことを明らかにしている。本研究では、この液体薄膜ジェットLIBSが高濃度高レベル放射性廃液のその場分析に利用できるかどうか、模擬溶解液を用いて検証した結果を報告する。3M硝酸水溶液に15元素(Ba, Cs, Mo, Rb, Nd, Pd, Rh, Ru, Sr, Zr, Ce, La, Pr, Sm, Fe)を溶かして高レベル放射性廃液を模擬した溶解液を試料として液膜ジェットLIBSによる発光特性を調べた。その結果、多元素共存溶液中においても高分解能分光器を用いて元素スペクトル観測が可能であり、また元素毎の最適発光観測条件調節により元素が識別できることがわかった。さらに原液のまま前処理無しで全元素を同時に同定可能であり、ICP発光分光装置での分析が困難な高濃度領域が分析できることを明らかにした。
小川 修一*; 山田 貴壽*; 石塚 眞治*; 吉越 章隆; 長谷川 雅考*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*
no journal, ,
Cuは大面積グラフェン合成のための基板として有力視されている。Cu中の炭素の固溶率は小さいため、Cu基板中へのC原子の拡散は無視でき、Cu表面での表面反応のみでグラフェンが形成されると考えられている。高温Cu基板における炭素固溶と固溶炭素がグラフェン成長に与える影響を確かめるため、グラフェン/Cu(111)基板を真空中で加熱/冷却し、その過程を光電子分光観察した。実験はSPring-8/BL23SUの表面化学実験ステーションで行った。試料は1000Cの熱CVDで作製したグラフェン/Cu(111)/AlO(0001)基板である。10
Pa以下の超高真空中で試料を加熱し、C1s/O1s/Cu3sスペクトルを測定した。C1sとCu3s強度比からグラフェンの換算膜厚を求めた。膜厚約0.4nmが単層グラフェンに相当する。約600Cまで単層グラフェンが残っているが、更に高温ではグラフェンの被覆率が減少した。900Cでは被覆率が30%程度まで減少した。O1s光電子スペクトルの解析からCOやCOの形成は否定され、SIMSプロファイルから、高温アニールによるグラフェンの分解はC原子がCu中に拡散して生じることが分かった。
猿谷 良太*; 加藤 聖*; 久保田 篤志*; 三浦 健太*; 加田 渉*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 神谷 富裕; 西川 宏之*; et al.
no journal, ,
本研究では、プロトン・ビーム・ライティング(Proton Beam Writing: PBW)技術を用いて汎用加工素材のPDMS(polydimethylsiloxane)にマッハツェンダー干渉計(Mach-Zehnder Interferometer: MZI)型の光導波路を描画するためのH
マイクロビームの照射量を見出すことを目的とした。750keVのHマイクロビームを用いて、Si基板上にスピンコート法で成膜した厚さ30mのPDMS(架橋剤の混合比10:1)の試料に、幅8mのMZI型形状を様々なフルエンスで描画した。これらの試料に光を通した結果、特定な照射量(40100nC/mm
程度)で光が導波路中を良好に伝搬することを示すシングルモードの出射光を観察できた。これによってPDMS材料にPBWでMZI型形状の導波路を製作する際に必要な描画時の照射量を見出すことができた。
神林 佑哉*; 加田 渉*; 猿谷 良太*; 久保田 篤志*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 神谷 富裕; 三浦 健太*; 花泉 修*
no journal, ,
本研究では、CVDダイヤモンド内に光学顕微鏡を使用して観察できる微細構造の形成を目的に、ProtonBeamWriting (PBW)を用いた照射技術の開発を行っている。今回、予備的実験としてビーム照射による試料の着色等の光学的変化の有無を調べるため、Hビーム(1m)を用い、ビームエネルギー(0.75, 1.2, 3MeV)とフルエンス(0.1, 1.0, 10pC/m)を変えて、CVDダイヤモンド基盤にテスト形状(ライン&スペースとドット)を描画した。照射後の試料を反射型と透過型光学顕微鏡で観察したところ、ビームエネルギーに関係無く、フルエンス10pC/mでは、反射型顕微鏡によりテスト形状部の着色が観測された。一方、0.1及び1.0pC/mでは、着色は確認されず透過光顕微鏡によりテスト形状部の屈折率の変化が観測された。すなわちビーム照射によりCVDダイヤモンド内に光学顕微鏡で観察できる光学的変化が生じることを確認できた。さらに、フルエンスにより光学的変化を制御できる可能性が示唆された。
大伴 真名歩; 山内 泰*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; 境 誠司
no journal, ,
六方晶窒化ホウ素(h-BN)はグラフェン・スピントロニクスのトンネルバリア材料として有望視されている。本研究では水素を化学吸着させた単層h-BNの構造・電子状態評価を行った。さらにスピン偏極準安定ヘリウム脱励起分光法(SPMDS)を用いて、スピン分解バンド構造を調べた。SPMDSの最表面敏感性により、Ni 3dピークの重複を受けずに水素化h-BNのスピン偏極を検出できた。またX線定在波法により、構造評価も行った。
田中 亮平*; 秀島 伊織*; 箕浦 佑也*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*
no journal, ,
近年、AlO層を挿入したHfO/AlO/GeO
/Ge構造がEOT: 0.76nmで優れた動作を示す一方で、HfO/Ge構造では絶縁および界面特性の顕著な劣化が見られたことから、AlO層挿入によるHfO膜およびGeO膜の特性向上が見込める。本研究ではp型Ge(100)基板上にAlO/GeO/Ge構造を形成し、さらに室温で電子ビーム蒸着よりHfOを1nm堆積した。その後、室温でECRプラズマ酸化を行い、HfO/AlO/GeO/Ge構造を形成後、電極としてPtを3nm堆積した。一部試料にAuキャップ層を堆積してゲート電極加工を行い、作製したMOSキャパシタの電気特性評価を行った。3nmのPt電極越しに400C/10分間の熱処理(PMA)及びAuキャップ層形成後に500C/10分間の熱処理(Cap-PMA)を行った試料についてC-V特性を室温で測定した。キャップ層形成後に熱処理を行うことでEOTが増膜した。低温コンダクタス法により界面準位密度を算出したところ、2.410
cm
eV
となり、熱酸化GeO/Ge界面に匹敵する良好な特性を示した。
圓谷 志郎; 本田 充紀; 松本 吉弘; 大伴 真名歩; 楢本 洋*; 境 誠司
no journal, ,
酸化グラフェンはグラフェンの大量合成を可能にする素材として研究が進んでいる物質である。最近になり水溶液中において放射性物質に対する吸着能力が発言することが報告され新たな放射性物質の回収剤として期待されている。今回、基板上に形成した酸化グラフェン薄膜に水溶液中においてセシウムイオンを吸着させ、吸着状態を表面科学手法により調べることにより、酸化グラフェンへの吸着機構を調べた。酸化グラフェン薄膜はサファイア基板上に化学気相蒸着法を用いてグラフェンをいったん成長した後、酸化剤で処理することにより形成した。次に、塩化セシウムなどの水溶液中に同グラフェン薄膜を浸漬させることでセシウムを吸着し、X線光電子分光やX線吸収分光測定を行った。その結果、最大で炭素5-8原子あたり1原子のセシウムが吸着されることを明らかにした。さらに、水溶液中に含まれている塩素が検出されないことから、元素選択的吸着の可能性も示された。
Tang, J.*; 西本 究*; 小川 修一*; 吉越 章隆; 石塚 眞治*; 渡辺 大輝*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*
no journal, ,
The self-limiting oxidation has been observed in the initial oxidation stage of a few nanometers oxide thickness. We have recently found that the oxidation rate on Si(111)77 surfaces at room temperature is accelerated with an incubation time. In this study, oxidation states, oxide thickness, and strained Si atoms were observed by real-time synchrotron X-ray photoelectron spectroscopy. Oxide thickness increased with increasing O dosage but showed an increase at the dosage of 3.110
L. An additional oxide thickness change was noticed at 4.810 L. It is clear that Si
oxidation state starts to increase together with the Si
and Si
state. Consequently, the good coincidence between the growth of chemical states of Si and oxide thickness suggests that the self-accelerating oxidation is associated with the oxidation-induced strains.
金崎 真聡; 神野 智史; 榊 泰直; 西内 満美子; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T.; 近藤 公伯; 小田 啓二*; 山内 知也*; 松井 隆太郎*; et al.
no journal, ,
クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速では、クーロン爆発によって等方的に発生する比較的低エネルギーの成分に加え、磁気双極子渦の運動によってレーザー進行方向に加速される高エネルギー成分が存在する。これまで、主にレーザー進行方向に発生する高エネルギーイオンについて、積層したCR-39固体飛跡検出器などを用いてエネルギースペクトルの計測が行われてきたが、発生するイオンの空間分布についてはほとんど調べられてこなかった。そこで本研究では、イオン加速メカニズムの解明を主目的としてMeV級のイオンの空間分布計測を試みた。集光点を取り囲むように設置したCR-39を解析したところ、レーザー軸上にはクーロン爆発のみでは説明できない複雑な加速機構が存在していることを示唆する結果が得られた。
山本 卓*; Muller, C.*; McGuinness, L.*; 寺地 徳之*; Naydenov, B.*; 小野田 忍; 大島 武; 小泉 聡*; Wrachtrup, J.*; Jelezko, F.*; et al.
no journal, ,
量子ビットへの応用が期待されるダイヤモンド中の窒素-空孔欠陥(NV)センターの効率的な形成技術の確立を目指し、窒素分子(N)イオンと炭素(C)イオンの共注入を試みた。試料には
Cを99.998%濃縮したガスを原料に化学気相法で作製した高品質・高純度ダイヤモンドを用い、20keVのエネルギーで
N分子イオン及びCイオンを室温で注入した。注入後に真空中で1000C、2時間の熱処理を行った。共焦点顕微鏡を用いた光検出磁気共鳴(ODMR)評価を行いNVセンターの生成効率を評価したところ、NイオンとCイオンの共注入を行った試料は36%、比較のため作製したNイオン注入のみの試料は20%となり、共注入を行うことで生成効率が向上することが明らかとなった。また、量子ビット応用に重要となるスピン緩和時間を見積もったところ、両試料とも約0.8msであり、従来報告されている表面付近に存在するNVのスピン緩和時間に比べ長いことから、良質なNVが形成できていることも確認された。
佐藤 聡
no journal, ,
応用物理学会放射線分科会シンポジウムにて、放射線・粒子シミュレータの最新動向として、MCNPの適用事例について紹介する。MCNPは、主として、原子炉や核融合炉、加速器施設等の放射線発生装置の放射線遮蔽計算、原子炉の臨界計算等に使用されている。本講演では、最新の適用事例として、核融合炉の遮蔽計算での適用事例を紹介する。核融合炉では、複雑で大規模な計算形状を用いて遮蔽計算を行っている。自動的に正確な計算形状作成を実現することを目的として、3次元CADデータからMCNPの形状入力データを自動的に作成するコードの開発が、各国にて行われている。CADデータからMCNPの形状入力データ作成プログラム及びそのプログラムを用いて作成した国際熱核融合実験炉(ITER)のMCNPの形状入力データ、その解析結果に関して紹介する。また、ITERでは運転停止後、ハンズオンアクセスによるメンテナンスが必要な機器が存在し、運転停止後の崩壊線による線量率を精度よく評価する必要がある。従来の手法では、MCNPの形状セルのサイズが大きくなると線量率の計算結果に大きな誤差が生じる。そこで、MCNPの線を発生させる箇所と核データファイルを変更し、即発線を崩壊線に置換え、中性子による核反応が発生した位置から崩壊線を発生させて輸送計算を行うことにより、線量率を精度よく計算する手法がITER計画の中で整備された。本手法の詳細、及び計算結果の例も本講演で紹介する。
匂坂 明人; 西内 満美子; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 榊 泰直; 前田 祥太; Pikuz, T.; Faenov, A. Y.*; 福田 祐仁; 金崎 真聡; et al.
no journal, ,
高強度レーザーと薄膜との相互作用により、高エネルギーの粒子、硬X線、高次高調波、テラヘルツ波などが発生する。特にレーザー駆動陽子線については、医療用などの小型イオン源への利用が期待されている。今回、日本原子力研究開発機構設置のチタンサファイアレーザー(J-KAREN)を用い、高強度レーザーと薄膜ターゲットとの相互作用実験を行なった。レーザーのパルス幅は、半値全幅で40fsであった。レーザー反射方向に発生する高次高調波(2次4次)を、分光器によって測定した。レーザー強度110
W/cm
において、陽子の最大エネルギーとして40MeVが得られた。
Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T.; Faenov, A. Ya.*; 小倉 浩一; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; Ragozin, E. N.*; Neely, D.*; et al.
no journal, ,
In recent experiments with the J-KAREN laser we imaged the source of harmonics with photon energies from 60 to 100 eV onto a LiF crystal detector, which provides sub-m resolution. The images reveal that the harmonics are emitted from two point-like regions with size smaller than a micron, in accordance with the prediction of our relativistic electron spikes model.
佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*
no journal, ,
現在、次世代半導体リソグラフィ用EUV光源の実用化の高出力化や、将来に向けた短波長化の研究が鋭意進められている。高効率を得るために、微小ドロップレットターゲットをダブルパルスレーザーで照射する方法が試みられている。ドロップレットが分散され、微粒子を生成するために考えられている、レーザーのアブレーション圧力によって破砕される過程、いったん加熱されて蒸発したSnが凝縮する過程を取り扱うことができるシミュレーション手法について検討しているので報告する。2次元ラグランジプラズマ流体シミュレーションに、固体ターゲットのプラズマ化過程(相転移)を取り入れる方法について検討する。