結像型蛍光X線顕微鏡による3次元元素分布のイメージング

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11305011
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 青木 貞雄 筑波大学, 物理工学系, 教授 (50016804)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 紀生 筑波大学, 物理工学系, 講師 (80241793)
• Keywords: 蛍光X線 / X線顕微鏡 / ウオルターミラー / 分析 / 結像 / CCDカメラ / 放射光 / 3次元画像

Research Abstract

物質内の3次元的な元素分布を求めるためには、対象物質を研磨あるいはエッチングなどの加工を施しながら内部情報を逐次的に積み重ねて行かなければならなかった。このような破壊的な手法は、岩石のような比較的固い物質に対しては適用が容易であるが、生体のような軟質の物体に対して適用が難しい。これらの問題点を解決する手法として、透過率が高く、試料の非破壊観察が可能な結像型蛍光X線顕微鏡を提案した。
蛍光X線の結像には、色収差のないウオルターミラーを対物素子として用いた。このミラーはX線エネルギー12keVまで結像可能で倍率は10倍である。実験には、高エネルギー加速器研究機構のPFおよびSpring-8の放射光を用いた。バックグラウンドノイズとなる散乱X線を少なくするために、励起X線入射方向と蛍光X線結像光学系は直角に配置した。2次元X線画像検出器には画素毎にエネルギー分析可能なCCDカメラを用いた。標準試料として銅、ニッケル、コバルト、鉄の細線を用い、同時画像計測を行った。Spring-8、39XUの実験では励起X線エネルギー9keV,露出時間8分で細線像を得た。同じ試料のエネルギー分析画像を得るために、CCDカメラの画素ごとのエネルギー分析を行った。ホトンカウンティング条件にするために1回の露出時間を5秒に短縮し、240枚撮影した。波高分析を画素毎に行いエネルギー分解能約350eVの画像が得られた。この手法を人工ダイヤモンドに適用した結果、鉄、ニッケル、コバルトの元素マッピングが可能になった。
3次元画像再構成は、試料を360°回転して得られる多数枚の画像を基にして行った。本研究の蛍光X線顕微鏡は比較的焦点深度が深く、分解能10ミクロン前後の3次元画像が得られた。

Research Products

• [Publications] A.Takeuchi: "At wavelength focusing properties evaluation of the Wolter type grazing incidence mirror"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research-A. 467-468. 302-304 (2001)
• [Publications] N.Watanabe: "X-ray fluorescence microtomogtaphy with a Wolter mirror system"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research-A. 467-468. 837-840 (2001)
• [Publications] A.Takeuchi: "Hard X-Ray Microtomography Using X-Ray Imaging Optics"Jpn.J.Appl.Phys.. 40・3A PartI. 1499-1503 (2001)
• [Publications] 高野秀和: "X線暗視野顕微鏡の構築=斜入射光学系を用いた軟X線顕微鏡とその応用"光アライアンス. 12・6. 10-14 (2001)
• [Publications] T.Ohigashi: "Elemental Analysis with a Full-Field X-ray Fluorescence Microscope and a CCD Photon Counting System"Journal of Synchroton Radiation. (2002)