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超精密無歪み加工による硬X線用光学素子の開発とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 17J01667
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生産工学・加工学
研究機関大阪大学

研究代表者

平野 嵩  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードX線自由電子レーザー / 結晶光学素子 / 大気圧プラズマ / 高精度無歪み化加工 / チャネルカット結晶 / モノクロメータ / ポンププローブ法 / X線光子相関分光法 / 時分割測定 / X線干渉法 / 無歪み加工
研究実績の概要

面間隔0.1 mmの内壁反射面を有するマイクロチャネルカット結晶デバイスの無歪み仕上げ加工法の開発を実施した.従来の系では対応できない極狭内壁面に対する新加工系として,厚さ0.075 mmの金属リボンを利用したプラズマ発生機構を考案した.基礎実験では,間隔0.1 mmで固定した2枚のSiウエハからなる試料系を構築し,アースの取り方を工夫することで,生成した微小プラズマによる内側のウエハ表面への除去加工が可能であることを確認した.続いて,既存機械加工技術により切り出したマイクロチャネルカット結晶の極狭内壁面に対して本手法を適用し,SPring-8で平面波X線を用いて反射面の結晶性を評価した.本手法適用前におけるX線反射像には,結晶ダメージ起因の反射プロファイルの乱れ,反射率低下が見られたが,本手法を適用することで乱れの少ないプロファイル,理論値近くの反射率の取得を達成した.作製された本デバイスをX線自由電子レーザー施設SACLAに導入したところ,これまで提案されていたXFELの高度化手法よりも高強度な狭帯域X線レーザーを生成できることが示された.
また,前年度までの研究で実用化に成功した硬X線分割・遅延ユニットを常設装置としてSACLAに導入した.海外の測定グループとの共同研究によって,X線ポンプ・X線プローブ法によるフォノン挙動分析や,X線光子相関分光法による水分子の高速ダイナミクス測定を実施し,物質科学分野に新たな知見をもたらした.同様の装置はその有用性の高さゆえに多くの海外放射光施設においても導入が検討されており,現在世界中から我々のグループに本ユニットのキーデバイスである高品質チャネルカット結晶の加工依頼が相次いでいる.以上より,開発した超精密無歪み加工技術はX線分析技術の世界標準の向上に寄与するとともに,モノづくり立国としての日本のプレゼンスを高める一翼を担っている.

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 9件) 備考 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Linac Coherent Light Source(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] DESY(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] ESRF(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] LCLS(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Surface Finishing Method Using Plasma Chemical Vaporization Machining for Narrow Channel Walls of X-Ray Crystal Monochromators2019

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, Y. Morioka, S. Matsumura, Y. Sano, T. Osaka, S. Matsuyama, M. Yabashi, K. Yamauchi
    • 雑誌名

      International Journal of Automation Technology

      巻: 13 号: 2 ページ: 246-253

    • DOI

      10.20965/ijat.2019.p0246

    • NAID

      130007607771

    • ISSN
      1881-7629, 1883-8022
    • 年月日
      2019-03-05
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] X-ray optics for advanced ultrafast pump-probe X-ray experiments at SACLA2019

    • 著者名/発表者名
      T. Katayama,T. Hirano, Y. Morioka, Y. Sano, T. Osaka, S. Owada, T. Togashi, M. Yabashi
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 26 号: 2 ページ: 333-338

    • DOI

      10.1107/s1600577518018362

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Performance of a split-and-delay optical system with a wavefront division2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, T. Osaka, Y. Morioka, Y. Sano, Y. Inubushi, T. Togashi, I. Inoue, S. Matsuyama, K. Tono, A. Robert, J. B. Hastings, K. Yamauchi, and M. Yabashi
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 25 号: 1 ページ: 20-25

    • DOI

      10.1107/s1600577517014023

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Characterization of temporal coherence of hard x-ray free-electron laser pulses with single-shot interferograms2017

    • 著者名/発表者名
      T. Osaka, T. Hirano, Y. Morioka, Y. Sano, Y. Inubushi, T. Tadashi, I. Inoue, K. Tono, A. Robert, K. Yamauchi, J. B. Hastings, and M. Yabashi
    • 雑誌名

      IUCrJ

      巻: 4 号: 6 ページ: 728-733

    • DOI

      10.1107/s2052252517014014

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Characterization of temporal properties of SACLA-XFEL pulses using X-ray interferometry2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano
    • 学会等名
      HeKKSaGOn WG5 one-day preconference discussion meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-precision etching method using atmospheric-pressure plasma for channel-cut crystal X-ray monochromators2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, Y. Morioka, Y. Sano, T. Osaka, S. Matsuyama, M. Yabashi, and K. Yamauchi
    • 学会等名
      International Conference of X-ray optics, detectors, sources, and their applications (XOPT2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of speckle-free narrow-channel-cut crystal monochromators for low-emittance X-ray sources2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, Y. Morioka, Y. Sano, T. Osaka, T, Katayama S. Matsuyama, M. Yabashi, and K. Yamauchi
    • 学会等名
      International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication method of speckle-free channel-cut crystal monochromators for low-emittance X-ray sources2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, Y. Morioka, Y. Sano, T. Osaka, T. Katayama, S. Matsuyama, M. Yabashi, and K. Yamauchi
    • 学会等名
      SPIE Optics+Photonics 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] X線自由電子レーザーの反射型セルフシーディングに用いる極狭チャネルカット結晶X線モノクロメータの無歪み内壁加工法に関する検討2018

    • 著者名/発表者名
      平野嵩,森岡祐貴,松村正太郎,佐野泰久,大坂泰斗,松山智至,矢橋牧名,山内和人
    • 学会等名
      2018年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of High-Quality Stable Crystal Optics for Advanced X-Ray Applications2018

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, Y. Morioka, S. Matsumura, Y. Sano, T. Osaka, S. Matsuyama, M. Yabashi, and K. Yamauchi
    • 学会等名
      The International Symposium for Materials Scientists (ISMSⅢ)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 硬X線自由電子レーザー用分割・遅延光学系の開発(第5報)―SACLAにおけるX線干渉法による時間特性評価―2017

    • 著者名/発表者名
      平野嵩,大坂泰斗,森岡裕貴,佐野泰久,犬伏雄一,富樫格,井上伊知郎,登野健介,松山智至,山内和人,矢橋牧名
    • 学会等名
      2017年度精密工学会秋季大会学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Development of crystal-based split-and-delay optics with wavefront splitting at SACLA2017

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, T. Osaka, Y. Sano, Y. Inubushi, T. Togashi, I. Inoue, S. Matsuyama, K. Tono, K. Yamauchi, and M. Yabashi
    • 学会等名
      SPIE Optics+Photonics 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Hard X-ray Split-and-Delay Optical System for Capturing Atomic-Scale Dynamics with Femtosecond X-ray Pulses2017

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, T. Osaka, Y. Sano, Y. Inubushi, T. Togashi, I. Inoue, S. Matsuyama, K. Tono, K. Yamauchi, and M. Yabashi
    • 学会等名
      Interdisciplinary Symposium for Up-and-coming Material Scientists (ISUMS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterizing temporal coherence property of SACLA-XFEL pulses using hard X-ray split-and-delay optics2017

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, T. Osaka, Y. Sano, Y. Inubushi, T. Togashi, I. Inoue, S. Matsuyama, K. Tono, K. Yamauchi, and M. Yabashi
    • 学会等名
      Workshop on FEL Photon Diagnostics, Instrumentation, and Beamline Design (PhotonDiag2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hard X-ray Split-and-Delay Optics with Wavefront Division at SACLA2017

    • 著者名/発表者名
      T. Hirano, T. Osaka, Y. Sano, Y. Inubushi, T. Togashi, I. Inoue, S. Matsuyama, K. Tono, K. Yamauchi, and M. Yabashi
    • 学会等名
      International Conference of X-ray optics, detectors, sources, and their applications (XOPT2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 大阪大学山内研究室HP

    • URL

      http://www-up.prec.eng.osaka-u.ac.jp/index.htm

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] SPIE Optics+Photonics 20172017

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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