JAEAとQSTの実験装置

JAEAとQSTのビームライン

BL11XU:QST極限量子ダイナミクスⅠビームライン

BL11XU担当 正 QST 上席研究員 三井隆也
副 QST 主任研究員 佐々木拓生
最寄の出入口 蓄積リング棟B1
光源 真空封止アンジュレータ
光エネルギー 6-70keV
分光器 液体窒素冷却二結晶分光器
特徴 高輝度で広いエネルギー範囲のX線を取り出すために、分光器にマルチ結晶交換システムを用いて真空中で2つの結晶面Si(111), Si(311)が切り替え可能となっており、 効率的にビームタイムを利用できます。
研究分野 核共鳴散乱実験、X線非弾性散乱実験、結晶成長のその場観察など
登録実験装置 放射光メスバウアー分光装置(QST)
共鳴非弾性X線散乱装置(QST)
表面X線回折計(QST)

BL14B1:QST極限量子ダイナミクスⅡビームライン

BL14B1担当 正 QST 上席研究員 齋藤寛之
副 JAEA 研究主幹 米田安宏
最寄の出入口 蓄積リング棟B2
光源 偏向電磁石
光エネルギー 5-90keV(単色)、5-150keV(白色)
分光器 水冷二結晶分光器(結晶ベンダー付き)
特徴 分光結晶を光軸上から退避させることで連続スペクトルの放射光(白色X線)が取り出せます。通常のXAFS実験や角度分散型回折実験では単色X線を、局所構造変化のその場観察に用いるエネルギー分散型XAFS(DXAFS)や超高圧実験におけるエネルギー分散型回折実験では白色X線をといった使い分けが可能です。また単色X線ではミラーや分光結晶ベントによる集光が可能で、高調波のない高強度の光が利用できます。ミラーは白色X線に対しても挿入できるため不要な高エネルギー成分のない連続スペクトルX線が利用可能で、DXAFS実験などでは大変有効です。
研究分野 高圧科学、構造物性、表面科学、触媒反応のその場観察、XAFS構造解析など
登録実験装置 高温高圧プレス装置(QST)
エネルギー分散型XAFS測定装置(JAEA)
κ型X線回折計(JAEA)

BL22XU:JAEA重元素科学Ⅰビームライン

BL22XU担当 正 JAEA 技術副主幹 塩飽秀啓
副 QST 上席研究員 大和田謙二
最寄の出入口 蓄積リング棟B4、および、RI実験棟正面出入口
光源 真空封止アンジュレータ
光エネルギー 5-70keV
分光器 液体窒素冷却計算結合型二結晶分光器 Si(111)
液体窒素冷却カム式二結晶分光器 Si(111)/Si(311)

2019年度前期では、計算結合型二結晶分光器は5月下旬~6月のみ利用できます。それ以外の期間はカム式二結晶分光器を利用します。カム式二結晶分光器の分光結晶は、いつでもスイッチングできます。
特徴 およそ5keVから70keVまでの広エネルギー範囲の高輝度放射光を利用できます。(311)面を利用すれば、エネルギー分解能の高い測定ができます。X線ミラーやベリリウム屈折レンズ集光光学系を備えています。また発光点から120m離れた位置に実験ハッチがあるため、スペックル測定やイメージング測定が可能です。さらにBL22XUはRI実験棟に導かれたビームラインであり、手続きをしてRI・アクチノイドの利用もできます。
研究分野 高圧科学、共鳴X線散乱、コヒーレントX線散乱、応力分布解析、XAFS構造解析など
登録実験装置 単色X線実験用高温高圧プレス装置(QST)
ダイヤモンドアンビルセル回折計(QST)
大型X線回折計(QST)
応力・イメージング測定装置(JAEA)
XAFS測定装置(JAEA)

BL23SU:JAEA重元素科学Ⅱビームライン

BL23SU担当 正 JAEA 研究主幹 藤森伸一
副 JAEA 研究主幹 吉越章隆
最寄の出入口 蓄積リング棟C1、および、RI実験棟正面出入口
光源 真空封止ツインヘリカルアンジュレータ
光エネルギー 0.37-2keV
分光器 不等刻線間隔回折格子
特徴 軟X線ビームラインです。このエネルギー領域では世界最高レベルのエネルギー分解能を有しており、精密な電子構造・磁気構造の解析が行えます。ビームライン下流部はRI棟内に導入されており、強相関系物質として興味深いウラン化合物などが試料として扱えます。試料位置でのエネルギー分解能はE/ΔE > 10000。
研究分野 表面化学反応、電子構造解析など
登録実験装置 表面化学実験装置(JAEA)
軟X線光電子分光装置(JAEA)→ 自主事業のみの課題募集
軟X線磁気円二色性測定装置(JAEA)→ 2019Aは課題募集なし

JAEAとQSTの装置

XAFS測定装置(BL22XU)

XAFS測定装置(BL22XU / JAEA)

アンジュレータからの高輝度・高エネルギーX線を利用したXAFS測定が可能。時分割高速計測(Quick-XAFS)にも対応する。検出器はイオンチェンバー、NaIシンチレーション、Ge半導体など各種用意。低温測定のためのクライオスタットも整備している。

利用例:能性分子設計のための構造解析・電子状態解析。

エネルギー分散型XAFS装置(BL14B1)

エネルギー分散型XAFS装置(BL14B1 / JAEA)

二結晶分光器を用いた通常型X線吸収分光(XAFS)測定に加え、湾曲分光結晶を用いた分散型XAFS測定を行うことができる。通常型XAFS測定では、蛍光法において36素子半導体検出器を使用。試料温度は20~1073K。ガス制御システムによる一酸化炭素・一酸化窒素を含んだ雰囲気制御や、四重極質量分析器によるガス成分分析も実施可能。

利用例:触媒反応機構のその場実時間観察。

κ型X線回折計(BL14B1)

κ型X線回折計(BL14B1 / JAEA)

通常の6軸の他、全系の水平面内回転軸を有し、表面構造解析にも適するκ型回折計。ポテンショスタット等を用いた電気化学特性の同時測定可能。試料温度はHe循環型冷凍機使用で10Kまで、電気炉使用で1000Kまで。

利用例:充放電中二次電池電極表面構造のその場観察。

応力-イメージング測定装置(BL22XU)

応力・イメージング測定装置(BL22XU / JAEA)

金属材料を中心とした内部ひずみ・応力分布、イメージング測定が可能。高温(最大900℃)負荷(最大5kN)装置により実環境その場測定が可能。複数の2次元検出器を同時に利用することで、ひずみ・応力は最速200Hz、イメージングは2000Hzで時分割測定が可能。

利用例:金属材料変形中応力・ひずみ・転位密度評価、レーザー加工中溶融凝固現象観察など。

表面化学実験装置(BL23SU)

表面化学実験装置(BL23SU / JAEA)

金属および半導体表面での吸着・脱離、酸化・還元等の化学反応のダイナミクスをその場観察、リアルタイム測定可能。表面準備室内ではArイオンスパッタリングと1450Kまでの加熱で表面清浄化可能。再構成表面・化学組成観察用にLEED、AES装置付属。ガスドーザや超音速分子線装置により、異なる運動エネルギーを持つガス分子を試料表面に供給することができる。放射光光電子分光の他、昇温脱離分析、STM/AFM、LEED/AESを利用した反応ダイナミクスの観察ができる。

利用例:グラフェン形成過程の解明、SiC表面上絶縁膜形成過程の研究。

軟X線光電子分光装置(BL23SU)

軟X線光電子分光装置(BL23SU / JAEA)→ 自主事業のみの課題募集

角度分解光電子分光(ARPES)測定も可能な光電子分光装置。希土類及び3d遷移金属化合物の詳細な電子構造を調べることができる。エネルギー分解能(E/△E > 104)は世界最高レベル。軟X線を用いることから、バルクの電子構造を知ることができる。本装置はRI実験棟内に設置されているため、非密封ウラン化合物の測定が可能。試料温度は10~300K。

利用例:高効率熱電変換材料の電子構造の解明。

軟X線磁気円二色性測定装置(BL23SU)

軟X線磁気円二色性測定装置(BL23SU / JAEA)

軟X線領域の全電子収量法による軟X線磁気円二色性(XMCD)から、元素選択的に磁性体の磁気モーメントに関する情報を得る。挿入光源の左右円偏光連続高速反転(1Hz)による変調法によりS/N比の高いデータを得る。印加磁場は超伝導マグネット使用で10Tまで。試料温度はHe循環型冷凍機使用で5Kまで。

利用例:高スピン偏極材料のスピン・軌道磁気モーメントの定量評価。

放射光メスバウアー分光装置(BL11XU)

放射光メスバウアー分光装置(BL11XU / QST)

57Fe, 61Ni等のメスバウアー核種を対象とした放射光メスバウアー分光が可能で、物質の電子、磁気状態から格子振動状態に関する情報を得る事ができる。更に、斜入射法や同位体置換試料を利用する事で、金属薄膜の表面部を原子層単位で測定する事も可能である。

利用例:金属薄膜の原子層単位での磁性探査。

共鳴非弾性X線散乱装置(BL11XU)

共鳴非弾性X線散乱装置(BL11XU / QST)

2m長アームに搭載した球面湾曲型集光式アナライザーによる背面反射で、高エネルギー分解能を実現。運動量移行を伴う固体内素励起も観察可能。超伝導マグネット使用で磁場印可は8Tまで、He循環型冷凍機使用で試料温度は10Kまで。

利用例:白金系燃料電池触媒の電子状態解析。

表面X線回折計(BL11XU)

表面X線回折計(BL11XU / QST)

分子線エピタキシー(MBE)チェンバーを搭載した表面構造解析用X線回折計。半導体量子ドットや半導体多層膜などの成長過程をX線回折によりその場観察・リアルタイム観察可能。2台のMBEを交換し、GaAs、InAsなどのヒ素化合物成長とRF-MBEによるGaN、InNなどの窒化物半導体成長を行うことができる。

利用例:半導体量子ドット、半導体多層膜の成長過程のリアルタイム解析。

高温高圧プレス装置(BL14B1)

高温高圧プレス装置(BL14B1 / QST)

13GPa(13万気圧)、2500K程度までの圧力・温度状態下の試料を、白色X線を用いたエネルギー分散型X線回折法やラジオグラフィー法、単色X線を用いたXAFS(X線吸収微細構造)法や角度分散型X線回折法によって調べることができる。

利用例:高圧下での金属水素化物形成過程のその場観察。

単色X線実験用高温高圧プレス装置(BL22XU)

単色X線実験用高温高圧プレス装置(BL22XU / QST)

10GPa(10万気圧)、2000K程度までの圧力・温度状態下の試料のX線回折測定やX線吸収法を用いた密度測定が実施可能。また専用のアタッチメントを用いることで、室温、1MPa未満の水素ガスを印加した際のX線回折その場観察、時分割X線回折測定が実施可能。

利用例:高温高圧下での金属融体の密度測定。水素貯蔵合金の水素吸蔵過程の時分割その場X線回折測定。

ダイヤモンドアンビルセル回折計(BL22XU)

ダイヤモンドアンビルセル回折計(BL22XU / QST)

(1) 高圧下での単結晶X線回折および粉末X線回折
He循環型冷凍機により5Kまでの低温・高圧測定が可能。室温および冷凍機中試料の圧力は、回折計備付の顕微鏡を用いてルビー蛍光法により測定可能。検出器は大型イメージングプレート(400×400mm2)であり、試料-検出器間距離が250~730mmで可変のため、高角データから高分解能データまで取得が可能。

利用例:金属水素化物、負の熱膨張材料、超伝導体、f電子系化合物、準結晶などの金属間化合物など。

(2) 水素雰囲気下および常圧下での原子二体分布関数(PDF)測定
70keVの高エネルギー光利用により最大Q=27Å-1までのX線全散乱測定が可能であり、約100Åまでの距離相関の原子二体分布関数(PDF)解析が可能。検出器は大型イメージングプレート。専用のアタッチメントを用いることで、室温、1MPa未満の水素ガス雰囲気でのその場観察が実施可能。

利用例:水素貯蔵合金、負の熱膨張材料など。

大型X線回折計(BL22XU)

大型X線回折計(BL22XU / QST)

汎用の四軸回折計。共鳴X線散乱による電子軌道状態の観測、スペックル回折によるドメイン構造の研究、応力・歪み分布測定などの回折マッピングに用いている。大型試料チェンバー取り付け可能。印加磁場は超伝導マグネット使用で6Tまで、試料温度はHe冷凍機使用で 2Kまで。

利用例:コヒーレントX線を利用したスペックル散乱によるナノドメイン観察。応力・歪の3次元分布測定。共鳴X線回折による軌道秩序の解明。