2012 Fiscal Year Annual Research Report
同位体特定による局所状態解明のための先進的メスバウアー分光法開発
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24221005
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
瀬戸 誠 京都大学, 原子炉実験所, 教授 (40243109)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
壬生 攻 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40222327)
三井 隆也 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (20354988)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | メスバウアー効果 / 同位体特定 / 放射光 / 磁性薄膜 |
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| Research Abstract |
メスバウアー分光法では、原子核を取り巻く電子系が原子核へ与える微細な影響を通して、電子構造および磁性についての情報を元素（同位体）を特定して測定可能である。さらに、放射光のエネルギー選択性・高輝度特性と同位体置換法を用いることで、先進的な多元素メスバウアー効果測定が可能となる。このような測定を実現する方法として期待されている放射光吸収メスバウアー分光法の開発を行っている。
放射光吸収メスバウアー分光法では、測定を行う試料の他に基準となる試料が必要とされ、どちらかをドップラー運動させる必要がある。ただし、低温・高温、強磁場、超高圧などといった様々な条件での測定を実現するためには、基準となる散乱体試料をドップラー運動させることが望ましい。しかしながら、無反跳分率を高くしてメスバウアー効果を起こすためには散乱体を充分に冷却する必要がある。さらに、パルス放射光で吸収メスバウアースペクトル測定を実施する場合には、放射光のパルスタイミングから原子核の励起寿命に伴って遅れて核共鳴散乱される成分を、入射放射光とほぼ同じタイミングで放出される電子系による散乱から区別する必要がある。このようなＸ線領域において時間分解能のある検出器としてAPD（アバランシェ・フォトダイオード）検出器が利用されている。核共鳴散乱を効率良く測定するためには、APD検出器を散乱体近くに設置する必要があるが、その検出特性への冷却による影響を避けるため、検出器の温度は室温付近に維持しておくことが望ましい。このように、冷却された散乱体をドップラー駆動させた条件下で測定を行うことは容易なことでないが、検出器、冷却系および駆動系に関しての最適条件探索を実施し、高効率な吸収メスバウアー分光器を開発することが出来た。この分光器を用いて、高エネルギー核種であるNi-61（67.4 keV）についての共鳴吸収スペクトル測定に成功した。
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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
本年度の研究計画では、低温・高温、強磁場、超高圧といった極端条件下でも多元素メスバウアー効果測定を可能とするために、放射光吸収メスバウアー分光法における基準試料を散乱条件下で測定可能とする高効率の分光器開発が大きな目的の一つであった。これを実現するための最適化研究を実施し、高効率な吸収メスバウアー分光器を開発することが出来た。さらにこれを用いて目標としている高エネルギー核種であるNi-61（67.4 keV）についての共鳴吸収スペクトル測定に成功したことより、研究はおおむね順調に進展しているものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度には放射光吸収メスバウアースペクトル測定を実現する吸収分光器の開発を実施したが、この方法では脱励起に伴って散乱されるγ線だけでなく蛍光X線や内部転換電子を検出しても良いため、γ線のエネルギーが高い場合に測定が有利となる。このような蛍光X線や内部転換電子線検出を高効率に実施するために、電子線検出の障害となる検出器と冷却試料との間の窓がない一体型の冷却・検出器系の開発研究を実施する。
また、先進的なメスバウアー分光法を実現するために、斜入射メスバウアー分光装置およびメスバウアーイメージング分光装置のための高輝度超単色X線のビーム特性（偏光、平面波）を精密制御可能な専用システムの開発研究を実施する。
さらに、試料準備についても進め、円偏光ビーム等を用いて磁性薄膜の表面部の精密スピン構造解析を行い、スピン配列転移と局所構造変化との関連性を調べる。
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