• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Development of coded aperture for high-energy X-ray Compton scattering imaging

Research Project

Project/Area Number 23K23371
Project/Area Number (Other) 22H02103 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
Research InstitutionGunma University

Principal Investigator

鈴木 宏輔  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (90580506)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 伊藤 直史  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (20223159)
Varnava Maria  群馬大学, 重粒子線医学推進機構, 助教 (40913108)
田代 睦  群馬大学, 重粒子線医学推進機構, 教授 (60447274)
酒井 真理  群馬大学, 重粒子線医学推進機構, 助教 (70727338)
櫻井 浩  群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (80251122)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Keywordsイメージング / X線 / 符号化開口 / コンプトン散乱 / 非破壊測定 / X線イメージンング / 放射光 / イメージング技術 / リチウムイオン電池 / 高エネルギーX線 / M系列 / X線イメージング / 後方散乱イメージング
Outline of Research at the Start

蓄電デバイスの高性能化は、持続可能な社会の実現に不可欠であるが、蓄電デバイスの高性能化を妨げる要因として、イオン分布の偏りがある 。本研究は、これまで申請者らが開発してき た高エネルギー放射光X線コンプトン散乱法による非破壊定量分析法に符号化開口イメージング技 術を導入することで、実用蓄電デバイス内部の動的な構造変化やイオン分布の偏りを非破壊かつ、高い時間分解能で測定し、イオン分布の偏り を定量的に可視化するとともに、その抑制指針を得ることを目指す。本研究に より符号化開口を用いた高エネルギー放射光X線イメージング分 野を構築し、持続可能な社会の実現を加速化する高性能な蓄電デバイス設計指針を示す。

Outline of Annual Research Achievements

蓄電デバイスの高性能化は、持続可能な社会の実現に不可欠であるが、蓄電デバイスの高性能化を妨げる要因として、デバイス内部でのイオン分布の偏りがある。本研究は、これまで申請者らが開発してきた高エネルギー放射光X線コンプトン散乱法による非破壊定量分析法に符号化開口イメージング技術を導入することで、実用蓄電デバイス内部の動的な構造変化やイオン分布の偏りを非破壊かつ高い空間分解能で測定し、定量的に解析することでイオン分布の発生要因を特定し、その抑制指針を得ることを目指している。
これまでに、LIGA微細加工技術を用いて高エネルギーX線用の符号化開口を作製した。作製した符号化開口は、3mm四方、厚さ0.25mmの金板上に直径0.025mmの開口を約500個備えた形状である。その後、作製した符号化開口をコンプトン散乱イメージングに適用した。測定されたコンプトン散乱X線パターンに対し逐次近似法による再構成処理を施すことで点光源の再構成像と大学のロゴマークの再構成画像の測定に成功した。本イメージング手法の特徴は、エネルギー分散型二次元検出器を使用することにあり、本検出器を用いることで、X線が照射されている領域の断層画像の測定と同時に、二次元検出器を構成する受光素子ごとにX線のエネルギースペクトルが得られることである。そこで2023年度は測定によって得られるエネルギースペクトルを解析することで試料を構成する元素を識別した再構成画像が得られるかを検証した。具体的には、銅製試料、アルミニウム製試料、アクリル製試料から測定したエネルギースペクトルにおいてコンプトン散乱強度と弾性散乱強度比を計算し再構成画像を求めた。その結果、試料の材質により再構成画像のピーク強度が異なり元素識別した再構成画像が得られることがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2023年度は定量的な再構成画像が得られるかを検証するため、材質の異なる試料から得られるエネルギースペクトルに着目した。試料の材質は、銅、アルミニウム、アクリルの三種類である。得られたエネルギースペクトルを比較した結果、元素によりコンプトン散乱X線エネルギースペクトルの形状が変化するとともに、弾性散乱強度が明確に変化することがわかった。そこでコンプトン散乱強度と弾性散乱強度比を計算し再構成画像を求めることで元素識別した再構成画像が得られた。
以上より研究は概ね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

2023年度は、単一の材質で作製した試料の測定を行い元素識別した再構成画像の取得を行った。
今後は、異なる元素が隣り合う試料や、単一の物質の中に異なる物質が点在するような試料を測定対象とし元素識別画像が得られるかを検証するとともに、粒子線シミュレーションを行うことで高精細な再構成画像を得るための実験条件の明確化を行うことを考えている。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] Northeastern University(米国)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] LUT University(フィンランド)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] University of Oxford/Imperial College London(英国)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Compton scattering study of strong orbital delocalization in a <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msub><mml:mi>LiNiO</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math> cathode2024

    • Author(s)
      V. N. Kothalawala, K. Suzuki, J. Nokelainen, A. Hyvonen, I. Makkonen, B. Barbiellini, H. Hafiz, P. Tynjala, P. Laine, J. Valikangas, T. Hu, U. Lassi, K. Takano, N. Tsuji, Y. Amada, A. A. S. Devi, M. Alatalo, Y. Sakurai, H. Sakurai, A. Bansil
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 109 Issue: 3 Pages: 035139-035139

    • DOI

      10.1103/physrevb.109.035139

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Determining effects of doping lithium nickel oxide with tungsten using Compton scattering2024

    • Author(s)
      V. N. Kothalawala, K. Suzuki, X. Li, B. Barbiellini, J. Nokelainen, I. Makkonen, R. Ferragut, P. Tynjala, P. Laine, J. Valikangas, T. Hu, Lassi Ulla, K. Takano, N. Tsuji, Y. Amada, A. A. S. Devi, M. Alatalo, Y. Sakurai, H. Sakurai, M. Babar, V. Vishwanathan, H. Hafiz, A. Bansil
    • Journal Title

      APL Energy

      Volume: 2 Issue: 2 Pages: 026102-026102

    • DOI

      10.1063/5.0193527

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 測定効率の増大を目的とした符号化開口コンプトン散乱イメージング法の開発2024

    • Author(s)
      鈴木宏輔,安東智也,譚境良,伊藤直史,櫻井浩,辻成希,小泉昭久,林雄二郎,矢橋牧名,酒井真理,Varnave Maria,田代睦
    • Organizer
      第37回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 符号化開口コンプトン散乱イメージングによる 元素識別イメージングの可能性の検討2024

    • Author(s)
      鈴木宏輔,安東智也,譚境良,伊藤直史,櫻井浩,辻成希,小泉昭久,林雄二郎,矢橋牧名,酒井真理,Varnave Maria,田代睦
    • Organizer
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Coded aperture imaging using 100 keV synchrotron radiation X-rays2023

    • Author(s)
      K. Suzuki, T. Ando, J. Tan, T. Ito, H. Sakurai, N. Tsuji, A. Koizumi, Y. Hayashi, M. Yabashi, M. Sakai, M. Varnava, M. Tashiro
    • Organizer
      26th International Conference on Ion Bean Analysis & 18th International Conference on Particle Induced X-ray Emission
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of a coded aperture for high-energy synchrotron X-ray Compton scattering imaging2023

    • Author(s)
      K. Suzuki
    • Organizer
      4th International Conference on Optics, Photonics and Lasers
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 符号化開口を用いた 放射光X線コンプトン散乱イメージング法の開発2023

    • Author(s)
      鈴木 宏輔, 安東 智也,譚 境良,伊藤 直史,櫻井 浩,辻 成希,小泉 昭久, 林 雄二郎,矢橋 牧名,酒井 真理,Varnava Maria,田代 睦
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi