2017 Fiscal Year Annual Research Report
New crystallography using femtosecond-pulse electron beam
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17H01060
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
楊 金峰 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (90362631)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 孝文 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (50336765)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電子顕微鏡 / 電子線回折 / フェムト秒電子線パルス / RF電子銃 / 構造解析 / 構造ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）まず、電子線パルスのエミッタンスと照射するレーザーのスポットサイズとRF空洞の加速位相の依存性を実験的に明らかにした。これにより、現在使用しているRF電子銃を高度化し、ビームの精密制御により今まで最高輝度の2×10^10 e-/mm^2mrad^2の相対論的フェムト秒電子線パルスの発生に成功した。次に、低エネルギー分散、高繰返し化可能な新しい1.4セルRF電子銃を設計した。新型RF電子銃では丸型加速空洞と楕円型アイリスを設計し、従来の1.6セルに比べて加速空洞の表面電界を20%に低減させ、実効的な加速電場を2倍に向上する事ができた。電子線パルス発生のシミュレーションでは、エネルギー分散は30%以下に低減できることが分かった。
２）市販電子顕微鏡に使用されるGd2O2S:Tb3+（P43）発光材質との性能を比較しながら、今まで使用したTl をドープしたCsIシンチレータを最適化し、高感度で相対論的フェムト秒超短パルス電子線検出器を開発した。この検出器とRF電子銃から発生した高輝度電子線パルスを用いて、フェムト秒時間分解構造変化測定を適した「フェムト秒電子線結晶構造解析法」を開発した。実証実験では、単一電子線パルス（シングルショット）による金と合成フッ素マイカ単結晶の電子回折図形の観測に成功し、タンパク質や生体超分子複合体の結晶構造解析可能な0.02 A^(-1)の高空間分解能を実現した。
３）TEM像の倍率と空間分解能を向上するため、大阪大学超高圧電子顕微鏡センターに設置された2MV超高圧電子顕微鏡用のレンズ系を移設し、超高速電子顕微鏡の電子レンズ系をアップグレードした。来年度にこのレンズ系を活用し、更に、超短パルス電子線入射系（コンデンサレンズ内）と対物レンズ内に2組の四極子レンズを組み合わせたStigmator補正装置を各1台製作し、非点収差の補正を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
１）2 × 10^10 e-/mm^2 mrad^2の高輝度の相対論的フェムト秒電子線パルスの発生に成功し、電子線回折測定モードではタンパク質や生体超分子複合体の結晶構造解析可能な0.02 A^(-1)の高空間分解能を実現した。
２）超高速電子顕微鏡電子レンズ系のアップグレードである。これにより、電子顕微鏡像観察モードでの開発目標とした10 nmより高空間分解能を実現できる見込みである。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）電子入射系（コンデンサレンズ内）と対物レンズ内に2組の四極子レンズを組み合わせたStigmator補正装置を各1台製作し、非点収差を補正する。高輝度の電子線パルスと高感度検出器を利用し、倍率を10,000倍以上に向上させる。
２）フェムト秒時間分解構造ダイナミクス測定システムを構築し、生体分子の「放射線損傷」メカニズムの研究を行い、損傷の影響を回避できる新しい結晶構造解析法の確立と、生物構造学の新展開を目指す。
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[Presentation] 阪大産研量子ビーム科学研究施設の現状報告2017
Author(s)
古川和弥, 誉田義英, 藤乗幸子, 磯山悟朗, 岡田宥平, 久保久美子, 徳地明, 楊金峰, 近藤孝文, 菅晃一, 神戸 正雄, 吉田 陽一
Organizer
第14回日本加速器学会年会
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