2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of operando X-ray Compton scattering microspectroscopy technique with high-spacial resolution.
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21KK0095
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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) |
2021-10-07 – 2025-03-31
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| Keywords | イメージング / 符号化開口 / X線 / 非破壊測定 / コンプトン散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高エネルギーX線コンプトン散乱用の符号化開口を設計・作製し、ミクロンオーダーの空間分解能をもち、約百倍の検出効率で実用リチウムイオン電池内部の電気化学反応を、その反応下で可視化し、反応に寄与するリチウムを定量的に解析する測定装置を開発することを目標としている。
これまでに、金板を用いて高エネルギーX線に対応した符号化開口を作製した。また、2022年度、コンプトン散乱イメージングに初めて符号化開口を適用した測定を行った。測定されたX線散乱パターンから逐次近似法による再構成処理を行うことで、点光源の再構成画像と大学のロゴマークの再構成画像を得ることができた。しかし、符号化開口を用いて得られた再構成画像は、同一の実験配置でピンホールを用いて測定した画像に比べてシグナル・ノイズ比（S/N比）が悪いことがわかった。
2023年度は、符号化開口を用いて得られた再構成画像のS/N比が劣化した原因をシミュレーションによって明らかにすることを目的として研究を行った。まずS/N比の劣化原因として符号化開口の開口部以外を透過するX線の影響を考えた。透過X線がノイズ成分を増大させていると考え、透過X線の影響を仮定するためにシミュレーションにより得られるX線線源分布に対し、ホワイトノイズを加えた。加えるホワイトノイズの程度を変化させて元画像を再構成した結果、ホワイトノイズの程度により再構成画像が劣化することがわかり、S/N比の劣化要因の一つとして、開口以外を透過するX線の影響があることがわかった。
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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、前年に実験的に測定した再構成画像のS/N比の劣化要因について検討を行った。劣化要因の一つとして、符号化開口の開口部以外を透過するX線の影響を考え、X線の透過率を計算した。本研究で用いる符号化開口は、0.25mmの金板に直径0.08mmの開口を加工している。0.25mm厚の金板に対する100keVのX線の透過率は、おおよそ10%であった。
また、透過率の計算の結果、透過率を0％にするためには金板の厚さを0.5mm程度にする必要があることがわかった。その後、符号化開口を通じて得られるX線線源分布に対しホワイトノイズを加えX線の透過の影響を考慮したシミュレーションを行った結果、ホワイトノイズの程度により再構成画像が劣化することがわかった。
一方、2023年度は海外の共同研究者と英国の放射光施設での実験課題申請を行ったが不採択であった。今回不採択であった原因を分析し、2024年度も課題申請することを考えている。
以上より現在までの進捗状況はおおむ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年度は再構成画像のS/N比の劣化の要因として、符号化開口基板を透過するX線の影響を考慮した。ただし、劣化要因としてはその他の影響も考慮する必要があると考えており、2024年度は放射線挙動計算コード（PHITS）を用いてより詳細な実験条件および解析手法の検討を行うとともに、放射光実験を行い高精細な再構成画像の取得を目指す。
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| Causes of Carryover |
当初、2023年度は海外共同研究者と英国の放射光施設で課題申請をし実験を行う予定であったが、申請課題が不採択であったため差額が生じた。2024年度は、再度課題申請を行い、渡航費などとして予算を使用する予定である
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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
Pages: 035139
DOI
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
Pages: 026102
DOI
Peer Reviewed / 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
Int'l Joint Research
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