Development of coded aperture for high-energy X-ray Compton scattering imaging
| Project/Area Number |
23K23371
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| Project/Area Number (Other) |
22H02103 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
鈴木 宏輔 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (90580506)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| 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)
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| 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 |
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| 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。
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| 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。
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| 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。
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| 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。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
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[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
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 109
Issue: 3
Pages: 035139-035139
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[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
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Journal Title
APL Energy
Volume: 2
Issue: 2
Pages: 026102-026102
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[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
Int'l Joint Research
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