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2016 Fiscal Year Research-status Report

相対論的フェムト秒電子線パルスを用いた新しい電子線結晶学の挑戦

Research Project

Project/Area Number 16K13687
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

楊 金峰  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (90362631)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Keywords超高速電子回折 / フェムト秒電子線パルス / 結晶構造解析 / 高周波電子銃 / 相対論的電子線パルス
Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は、タンパク質などの生体高分子結晶構造解析可能な大強度フェムト秒超短パルス電子ビームの発生方法を確立すると共に、電子回折測定器を高度化し、相対論的フェムト秒電子線パルスによる結晶構造解析装置を構築した。
1)高周波(RF)電子銃に寿命が長く、時間応答性が高い無酸素銅カソードを利用して、カソードを励起するレーザーの高密度化を行い、タンパク質結晶構造解析可能な電子数が10の7乗個、パルス幅が100fsの短パルス電子ビームの発生方法を確立した。また、カソード交換可能な機能を設計しており、今後に量子効率が高いカソード材質を交換することにより、必要に応じて更に1桁高い大強度電子線パルスの発生が期待できる。電子ビームのエネルギーについては、RF電子銃に入力するRFパワーを調整することにより、1~4.5MeVの範囲で可変であり、物質結晶構造を応じた電子回折の測定が可能となった。
2)エネルギーが高い電子線を利用する場合(特に相対論的電子線パルスの場合)、シンチレータを経由して電子回折図形の測定が必要である。本研究では、今まで開発に成功したTlをドープしたCsIシンチレータを高度化し(素子のサイズ、シンチレータの厚さの最適化)、単一フェムト秒電子線パルスによる電子回折図形を観測可能な検出器を製作した。更に、試料の下流に投影レンズを製作・設置し、回折図形の拡大より面間隔が大きい結晶構造の解析も可能となった。この装置を用いて、エネルギーが3MeV、パルス幅が100fs、電子数が10の5乗個の単一電子線パルスによる金、シリコン及び合成フッ素雲母の結晶構造解析に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

1)単一相対論的なフェムト秒電子線パルスによる電子回折図形の観測に成功。この成果は結晶の損傷を受ける前に結晶の電子回折図形を撮影できることを示しており、これにより、重要な生命機能を担うタンパク質や生体超分子複合体の構造解析が損傷の影響なく実現可能であることを示唆している。また、このシングルショット電子回折測定技術は不可逆な構造変化の観測やダイナミクスの解明に必要不可欠な技術であり、これを用いた今まで不可能であった不可逆な構造変化ダイナミクスの研究が可能となる。
2)1~4.5MeVの広い範囲での照射電子エネルギーが可変できる技術と実験装置は、金属酸化物、有機高分子、タンパク質などの生体超分子複合体などの様々な物質における電子照射による損傷や自己修復メカニズムの研究にも大きく貢献する。

Strategy for Future Research Activity

1)フェムト秒電子線パルスを用いて、結晶が損傷を受ける前にシングルショット電子回折図形を撮影する方法を確立する。そのために、結晶をいろいろな角度に傾斜させて電子回折図形を撮影し、結晶構造を決定する構造因子の振幅や位相などの情報を算出し構造解析を試みる。タンパク質などの試料の選定、製作、構造解析については、大阪大学産業科学研究所生体分子研究分野の専門家の協力やアドバイスを得て有機的に研究を進める。
2)フェムト秒電子線パルスを用いて、時間分解電子回折の測定により、構造変化ダイナミクスの研究を推進する。そのために、フェムト秒電子線パルスを時間同期したフェムト秒レーザーを試料に照射し、光励起による結晶構造変化の時間発展を、フェムト秒電子線パルスを用いて時間分解電子回折で測定する。また、励起レーザーの波長、偏光や強度への依存性を調べて、構造変化のメカニズムを研究し、機能の解明と応用への展開を目指す。

Causes of Carryover

物品費の余り端数。

Expenditure Plan for Carryover Budget

未使用額の18円を国に返還します。

  • Research Products

    (46 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (42 results) (of which Int'l Joint Research: 21 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Femtosecond pulse radiolysis2016

    • Author(s)
      T. Kondoh, J. Yang, K. Kan, M. Gohdo, H. Shibata, Y. Yoshida
    • Journal Title

      Electron. Comm. Jpn.

      Volume: 99, No.7 Pages: 25-31

    • DOI

      DOI 10.1002/ecj.11787

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Generation of terahertz waves using ultrashort electron beams from a photocathode radio-frequency gun linac2016

    • Author(s)
      K. Kan, J. Yang, A. Ogata, T. Kondoh, M. Gohdo, H. Shibata, Y. Yoshida
    • Journal Title

      Electron. Comm. Jpn.

      Volume: 99, No.1 Pages: 22-31

    • DOI

      DOI 10.1002/ecj.11767

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Examination of the formation process of pre-solvated and solvated electron in n-alcohol using femtosecond pulse radiolysis2016

    • Author(s)
      T. Toigawa, M. Gohdo, K. Norizawa, T. Kondoh, K. Kan, J. Yang, Y. Yoshida
    • Journal Title

      Radiat. Phys. Chem.

      Volume: 123 Pages: 73-78

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] フェムト秒電子ビーム圧縮に関する研究2017

    • Author(s)
      野澤 一太、菅 晃一、楊 金峰、近藤 孝文、神戸 正雄、吉田 陽一
    • Organizer
      日本原子力学会 2017年春の年会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-27 – 2017-03-29
  • [Presentation] フェムト秒電子線パルスによるイメージング結果2017

    • Author(s)
      楊 金峰、吉田 陽一、谷村 克己
    • Organizer
      日本原子力学会 2017年春の年会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-27 – 2017-03-29
  • [Presentation] アルカン中の超高速電子付着~過剰電子ダイナミクスの研究~2017

    • Author(s)
      近藤孝文、西田卓矢、神戸正雄、法澤公寛、菅晃一、楊金峰、田川精一、吉田陽一
    • Organizer
      日本化学会 2017春の年会
    • Place of Presentation
      慶応大学日吉キャンパス
    • Year and Date
      2017-03-18 – 2017-03-18
  • [Presentation] Ultrafast electron diffraction and microscopy using a femtosecond-pulse electron beam2017

    • Author(s)
      J. Yang
    • Organizer
      IX International Workshop on Advanced Generation of THz and Compton X-rays using compact electron accelerator
    • Place of Presentation
      New Delhi, Indian
    • Year and Date
      2017-03-06 – 2017-03-07
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] RF電子銃を用いた電子顕微鏡の開発2017

    • Author(s)
      楊金峰
    • Organizer
      第23回FELとHigh-Power Radiation研究会 と第14回高輝度・高周波電子銃研究会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      2017-02-23 – 2017-02-24
  • [Presentation] フォトカソードRF電子銃を用いた超短パルス電子ビーム発生と圧縮条件の検討2017

    • Author(s)
      野澤 一太、菅 晃一、楊 金峰、近藤 孝文、神戸 正雄、吉田 陽一
    • Organizer
      第23回FELとHigh-Power Radiation研究会 と第14回高輝度・高周波電子銃研究会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      2017-02-23 – 2017-02-24
  • [Presentation] Photocathode RF gun based ultrafast electron diffraction and imaging2017

    • Author(s)
      J. Yang
    • Organizer
      The 8th Asian Forum for Accelerator and Detectors (AFAD2017)
    • Place of Presentation
      Lanzhou, China
    • Year and Date
      2017-01-16 – 2017-01-18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fabrication and Application of Photoconductive Antenna for Electron Beam Measurement2016

    • Author(s)
      K. Kan, J. Yang, T. Kondoh, M. Gohdo, I. Nozawa, Y. Yoshida
    • Organizer
      The 20th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      Osaka, Japan
    • Year and Date
      2016-12-12 – 2016-12-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultrafast Electron Attachment and Picosecond Absorption Spectra of Biphenyl-Dodecane Solution2016

    • Author(s)
      T. Kondoh, T. Nishida, M. Gohdo, K. Norizawa, K. Kan, J. Yang, S. Tagawa, Y. Yoshida
    • Organizer
      The 20th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      Osaka, Japan
    • Year and Date
      2016-12-12 – 2016-12-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Generation of Ultra-short Electron Beam and its Future Application2016

    • Author(s)
      I. Nozawa, K. Kan, J. Yang, T. Kondoh, M. Gohdo, Y. Yoshida
    • Organizer
      The 20th SANKEN International Symposium
    • Place of Presentation
      Osaka, Japan
    • Year and Date
      2016-12-12 – 2016-12-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Femtosecond pulse radiolysis study on decomposition processes of alkanes2016

    • Author(s)
      Y. Yoshida, S. Nishii, T. Kondoh, M. Gohdo, K. Kan, J. Yang
    • Organizer
      RadTech Asia 2016
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-10-24 – 2016-10-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Pulse radiolysis study of reaction kinetics on radiation induced reaction of polystyrene2016

    • Author(s)
      M. Gohdo, T. Kondoh, K. Kan, J. Yang, S. Tagawa, Y. Yoshida
    • Organizer
      RadTech Asia 2016
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-10-24 – 2016-10-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Radiation Induced Chemical Reactions in a Model Compound of Polymer-Resist2016

    • Author(s)
      T. Kondoh, K. Kan, J. Yang, S. Tagawa, Y. Yoshida, M. Gohdo
    • Organizer
      RadTech Asia2016
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Year and Date
      2016-10-24 – 2016-10-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Pulse radiolysis study of polystyrene dimer phenyl cation radical in THF2016

    • Author(s)
      T. Kondoh, K. Kan, J. Yang, S. Tagawa, Y. Yoshida, M. Gohdo
    • Organizer
      International Conference on Ionizing Processes(ICIP2016)
    • Place of Presentation
      Upton, New York, U.S.A.
    • Year and Date
      2016-10-10 – 2016-10-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Geminated ion recombination and charge transfer reaction in alkanes studied by femtosecond pulse radiolysis2016

    • Author(s)
      T. Kondoh, T. Nishida, M. Gohdo, K. Kan, J. Yang, S. Tagawa, Y. Yoshida
    • Organizer
      International Conference on Ionizing Processes(ICIP2016)
    • Place of Presentation
      Upton, New York, U.S.A.
    • Year and Date
      2016-10-10 – 2016-10-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measurement of Coherent Transition Radiation Using Interferometer and Photoconductive Antenna2016

    • Author(s)
      K. Kan, J. Yang, M. Gohdo, T. Kondoh, I. Nozawa, Y. Yoshida
    • Organizer
      North American Particle Accelerator Conference (NAPAC 2016)
    • Place of Presentation
      Chicago, U.S.A.
    • Year and Date
      2016-10-09 – 2016-10-14
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Characterization of THz Pulse Emitted from Femtosecond Electron Bunch Using Photoconductive Antenna and Interferometer2016

    • Author(s)
      K. Kan, J. Yang, M. Gohdo, T. Kondoh, I. Nozawa, Y. Yoshida
    • Organizer
      IRMMW-THz 2016
    • Place of Presentation
      Copenhagen, Denmark
    • Year and Date
      2016-09-25 – 2016-09-30
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アト秒パルスラジオリシスの実現に向けた測定システムと測定手法の現状2016

    • Author(s)
      神戸正雄,近藤孝文,菅晃一,楊金峰,吉田陽一
    • Organizer
      第59回放射線化学討論会
    • Place of Presentation
      高崎
    • Year and Date
      2016-09-20 – 2016-09-22
  • [Presentation] ビフェニルドデカン溶液中の電子の超高速電子付着とピコ秒過渡吸収スペクトル2016

    • Author(s)
      近藤孝文,西田卓矢,神戸正雄,菅晃一,楊金峰,田川精一、吉田陽一
    • Organizer
      第59回放射線化学討論会
    • Place of Presentation
      高崎
    • Year and Date
      2016-09-20 – 2016-09-22
  • [Presentation] フォトカソードRF電子銃ライナックを用いたテラヘルツパルス発生と利用2016

    • Author(s)
      菅晃一,楊金峰,近藤孝文,神戸正雄,野澤一太,吉田陽一
    • Organizer
      第59回放射線化学討論会
    • Place of Presentation
      高崎
    • Year and Date
      2016-09-20 – 2016-09-22
  • [Presentation] Bunch Length Measurement Based on Interferometric Technique by Observing Coherent Transition Radiation2016

    • Author(s)
      I. Nozawa, M. Gohdo, K. Kan, T. Kondoh, J. Yang, Y. Yoshida
    • Organizer
      International Beam Instrumentation Conference (IBIC2016)
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2016-09-11 – 2016-09-15
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measurement of Femtosecond Electron Beam Based on Frequency and Time Domain Schemes2016

    • Author(s)
      K. Kan, M. Gohdo, T. Kondoh, I. Nozawa, J. Yang, Y. Yoshida
    • Organizer
      International Beam Instrumentation Conference (IBIC2016)
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2016-09-11 – 2016-09-15
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 薄い試料の電子線パルスラジオリシスの開発2016

    • Author(s)
      近藤 孝文、神戸 正雄、大島 明博、菅 晃一、楊 金峰、吉田 陽一
    • Organizer
      日本原子力学会 2016年秋の年会
    • Place of Presentation
      久留米シティプラザ
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [Presentation] 超短パルス電子ビーム発生のためのバンチ圧縮の研究2016

    • Author(s)
      野澤 一太、菅 晃一、楊 金峰、近藤 孝文、神戸 正雄、吉田 陽一
    • Organizer
      日本原子力学会 2016年秋の年会
    • Place of Presentation
      久留米シティプラザ
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [Presentation] 干渉計と光伝導アンテナによる電子ビーム計測2016

    • Author(s)
      菅 晃一、楊金峰、近藤 孝文、神戸 正雄、野澤 一太、吉田 陽一
    • Organizer
      日本原子力学会 2016年秋の年会
    • Place of Presentation
      久留米シティプラザ
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [Presentation] フェムト秒電子線パルスによるTEMイメージング2016

    • Author(s)
      楊 金峰、浅川 稜、菅 晃一、近藤 孝文、神戸 正雄、吉田 陽一、谷村 克己
    • Organizer
      日本原子力学会 2016年秋の年会
    • Place of Presentation
      久留米シティプラザ
    • Year and Date
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [Presentation] MeVフェムト秒電子線パルスを用いた超高速電子顕微鏡の開発2016

    • Author(s)
      楊 金峰、浅川 稜、吉田 陽一、谷村 克己
    • Organizer
      日本加速器学会年会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ国際会議場
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-10
  • [Presentation] 干渉計と光伝導アンテナを用いたフェムト秒電子ビーム計測2016

    • Author(s)
      菅 晃一、楊 金峰、近藤 孝文、神戸 正雄、野澤 一太、吉田 陽一
    • Organizer
      日本加速器学会年会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ国際会議場
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-10
  • [Presentation] フォトカソードRF電子銃ライナックを用いた超短パルス電子バンチ発生の研究2016

    • Author(s)
      野澤 一太、菅 晃一、楊 金峰、近藤 孝文、神戸 正雄、吉田 陽一
    • Organizer
      日本加速器学会年会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ国際会議場
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-10
  • [Presentation] 電子加速器を用いた薄膜のパルスラジオリシス2016

    • Author(s)
      電子加速器を用いた薄膜のパルスラジオリシス
    • Organizer
      日本加速器学会年会
    • Place of Presentation
      幕張メッセ国際会議場
    • Year and Date
      2016-08-08 – 2016-08-10
  • [Presentation] フェムト秒電子線パルスラジオリシスによるドデカンの放射線化学初期過程と分解過程の研究2016

    • Author(s)
      近藤孝文、神戸正雄、菅晃一、楊金峰、法澤公寛、田川精一、吉田陽一
    • Organizer
      第53回アイソトープ・放射線研究発表会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2016-07-06 – 2016-07-08
  • [Presentation] フェムト秒時間分解電子顕微鏡に関する研究2016

    • Author(s)
      浅川稜、楊金峰、近藤孝文、菅晃一、神戸正雄、吉田陽一
    • Organizer
      第53回アイソトープ・放射線研究発表会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2016-07-06 – 2016-07-08
  • [Presentation] 超短パルス電子ビームが発生するテラヘルツパルスの時間領域分光2016

    • Author(s)
      菅晃一、楊金峰、近藤孝文、神戸正雄、野澤一太、吉田陽一
    • Organizer
      第53回アイソトープ・放射線研究発表会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2016-07-06 – 2016-07-08
  • [Presentation] 超短パルス電子ビーム発生に関する研究2016

    • Author(s)
      野澤一太、菅晃一、楊金峰、近藤孝文、神戸正雄、吉田陽一
    • Organizer
      第53回アイソトープ・放射線研究発表会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2016-07-06 – 2016-07-08
  • [Presentation] 相対論的フェムト秒電子線パルスによる超高速電子顕微鏡の開発2016

    • Author(s)
      楊金峰
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第72回学術講演会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター
    • Year and Date
      2016-06-14 – 2016-06-16
  • [Presentation] A relativistic-energy femtosecond-pulse electron microscopy2016

    • Author(s)
      J. Yang, Y. Yoshida, K. Tnimura
    • Organizer
      11th Asia-Pascific Microscopy Conference
    • Place of Presentation
      Phuket, Thailand
    • Year and Date
      2016-05-23 – 2016-05-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Single-shot electron diffraction using relativistic-energy electron pulse2016

    • Author(s)
      R. Asakawa, J. Yang
    • Organizer
      11th Asia-Pascific Microscopy Conference
    • Place of Presentation
      Phuket, Thailand
    • Year and Date
      2016-05-23 – 2016-05-27
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ltrafast electron microscopy using a relativistic-energy femtosecond electron beam2016

    • Author(s)
      J. Yang
    • Organizer
      Optics & Photonics International Congress (OPIC’2016)
    • Place of Presentation
      Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2016-05-17 – 2016-05-20
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Time-domain measurement of electric field emitted from electron beam using photoconductive antenna2016

    • Author(s)
      K. Kan, J. Yang, T. Kondoh, M. Gohdo, I. Nozawa, Y. Yoshida
    • Organizer
      EMN Meeting on Terahertz 2016
    • Place of Presentation
      San Sebastian, Spain
    • Year and Date
      2016-05-14 – 2016-05-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultrafast electron microscopy using a 100-femtosecond relativistic-energy electron beam2016

    • Author(s)
      J. Yang
    • Organizer
      7th International Particle Accelerator Conference
    • Place of Presentation
      Busan, Korea
    • Year and Date
      2016-05-08 – 2016-05-13
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Beam Parameter Measurement after Relocation of S-Band Linear Accelerator2016

    • Author(s)
      I. Nozawa, M. Gohdo, K. Kan, T. Kondoh, J. Yang, Y. Yoshida
    • Organizer
      7th International Particle Accelerator Conference (IPAC2016)
    • Place of Presentation
      Busan, Korea
    • Year and Date
      2016-05-08 – 2016-05-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Frequency and Time Domain Measurement of Coherent Transition Radiation2016

    • Author(s)
      K. Kan, M. Gohdo, T. Kondoh, I. Nozawa, J. Yang, Y. Yoshida
    • Organizer
      7th International Particle Accelerator Conference (IPAC2016)
    • Place of Presentation
      Busan, Korea
    • Year and Date
      2016-05-08 – 2016-05-13
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 研究室Webページ

    • URL

      http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/bsn/yoshilab.htm

URL: 

Published: 2018-01-16  

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