2013 年度実績報告書

放電生成プラズマ放射軟Ｘ線のキャピラリ集束を用いた生体細胞内小器官の顕微観察法

研究課題

研究課題/領域番号	25282132
研究種目	基盤研究(B)
研究機関	大阪大学
研究代表者	中野元博大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40164256)
研究分担者	押鐘寧大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40263206)
研究期間 (年度)	2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード	放射線技術工学 / 水の窓軟X線顕微鏡 / 放電生成プラズマ / キャピラリ
研究概要	パルス放電生成プラズマから放射される軟X線を水の窓領域で反射率が高いガラスのキャピラリで集束し、生きている細胞内小器官で起きている動的な変化を観察可能にする顕微法を開発するため、デスクサイドに設置可能なサイズの軟X線顕微鏡の小型プロトタイプ光源を製作した。先ず、キャピラリを用いて大気圧下に取り出した軟X線の出力を計測するAXUVシリコンフォトダイオード検出器の校正を、大阪大学レーザーエネルギー学研究センターの軟X線分光器を用いて行った。すなわち、放電電極材料として選んだ炭素(C)とジルコニウム(Zr)に対して、生成プラズマからの放射スペクトルを、AlとMylarの薄膜フィルターを透過する波長7nm以下について測定し、波長域2.28～4.36nmの水の窓領域の軟X線スペクトル分布から、検出器の校正データを取得した。次に、小型プロトタイプ光源とシングルキャピラリを用いた実験を行った結果、ターゲットと電極間の電圧が約6kVの場合、放電電流は約6A、パルス放電時間は約10μsとなり、放電エネルギーが約360mJと評価できた。炭素(C)とジルコニウム(Zr)のターゲットに対して放電生成プラズマからの軟X線を大気圧下で計測した結果、パルス放電のみでは出力が小さいので、パルスレーザーアシスト放電により軟X線を計測すると、レーザーのみを用いた場合に比較して放電との複合により約6倍の出力が得られた。これは、パルス放電のみの場合、対向電極間の放電位置が変動するのに対し、レーザーアシストで放電位置をキャピラリ直下の最適な位置に制御でき、さらに生成プラズマを十分に励起できた結果と考えられる。そこで、対向電極構造をプラズマフォーカス型に変更し、フォーカシングポリキャピラリオプティクスを導入することで、水分を含む環境下で生きている細胞内の小器官の動的観察が可能な小型軟X線光源への改良を進める。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由初年度、研究棟の耐震補強工事に伴う仮移転作業で実験が一時中断し、また、パルス放電を用いた光源システムの設計と小型プロトタイプ光源装置製作に時間を要したため、少々遅れが生じた。そして、製作した光源装置とシングルキャピラリを用いた実験で得られた水の窓軟X線の出力が走査型顕微鏡で用いるには小さいことが分かったので、プラズマフォーカス型対向電極構造への設計変更とフォーカシングポリキャピラリオプティクスを導入した装置への改良を行って軟X線出力の増強を図る。
今後の研究の推進方策	水の窓軟X線顕微鏡の小型プロトタイプ光源装置をプラズマフォーカス型対向電極構造に改良して、その諸性能の評価を推進する。この改良した装置とフォーカシングポリキャピラリオプティクスで、パルス放電とプラズマ生成ターゲット材料供給などの各制御パラメータに対して軟X線出力の変化に関する基礎データを取得し、その最適化を行って水の窓軟X線顕微鏡としての性能を向上させていく。
次年度の研究費の使用計画	耐震補強工事のための実験室仮移転作業、パルス放電を用いた光源システムの設計、小型プロトタイプ光源装置製作に時間を要し、シンプルなシングルキャピラリを用いた実験システムの開発に重点を置いて研究費を執行したため、当初の見込み額と執行額が異なってしまった。また、この実験で得られた水の窓軟X線の出力が不十分であったので、プラズマフォーカス型対向電極構造への設計変更とフォーカシングポリキャピラリオプティクスの導入が必要となり、その変更のための費用を学術研究助成基金助成金の中で繰り越し、当初の計画と併せて開発を進めていくことにした。プラズマフォーカス型対向電極構造とフォーカシングポリキャピラリオプティクスを導入したパルス放電光源システムへの改良設計とそのプロトタイプ光源装置の製作を実施し、その諸性能を評価する。改良した装置で、当初計画のとおり、放電とプラズマ生成ターゲット材料供給などの各制御パラメータに対して軟X線出力の変化に関する基礎データを取得し、その最適化を行って水の窓軟X線顕微鏡用小型光源としての性能を向上させていく。