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

超精密无畸变加工硬X射线光学元件的研制及其应用

• 批准号: 17J01667
• 负责人: 平野 嵩
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J01667/
• 关键词: 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

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．

Surface interval 0.1 mm の internal reflector を have す る マ イ ク ロ チ ャ ネ ル カ ッ ト crystallization デ バ イ ス の no slanting み shi げ processing method on の open 発 を be applied し た. 従 の is で は 応 seaborne で き な い within very narrow wall に す seaborne る new processing system と し て, 0.075 mm thick さ の metal リ ボ ン を using し た プ ラ ズ マ 発 raw institutions を test case し た. Basis be 験 で は, fixed interval 0.1 mm で し た two の Si ウ エ ハ か ら な る sample を build し, ア ー ス の take り party を time す る こ と で, generate し た tiny プ ラ ズ マ に よ る medial の ウ エ ハ surface へ の remove processing が may で あ る こ と を confirm し た. 続 い て, existing mechanical processing technology に よ り り cutting out し た マ イ ク ロ チ ャ ネ ル カ ッ ト crystallization の within very narrow wall に し seaborne て this gimmick を applies し, SPring - 8 で plane wave X-ray を with い て reflector の crystalline を review 価 し た. This technique is suitable before に お け る reflection X-ray に は, crystallization ダ メ ー ジ cause の reflection プ ロ フ ァ イ ル の れ, low reflectivity が see ら れ た が, this technique を applies す る こ と で disorderly れ の less な い プ ロ フ ァ イ ル, theory numerical nearly く の reflectivity の obtain を reached し た. Cropping さ れ た this デ バ イ ス を X-ray free electrons レ ー ザ ー facilities SACLA に import し た と こ ろ, こ れ ま で proposal さ れ て い た XFEL の gimmick よ empirically り も high-strength な narrow 帯 domain X-ray レ ー ザ ー を generated で き る こ と が shown さ れ た. ま た, former annual ま で で の research be in turn に successful し た hard X-ray segmentation, 遅 delay ユ ニ ッ ト を permanent device と し て SACLA に import し た. Determination of overseas の グ ル ー プ と の joint research に よ っ て, X-ray ポ ン プ, X-ray プ ロ ー ブ method に よ る フ ォ ノ ン や 挙 dynamic analysis, X-ray photons phase masato spectrometry に よ る の high-speed water molecules ダ イ ナ ミ ク ス determination を be し, new material science eset に た な knowledge を も た ら し た. With others in の device は そ の usefulness の high さ ゆ え に more く の overseas radiation light facilities に お い て も import が beg さ 検 れ て お り, now in the world of か ら I 々 の グ ル ー プ に this ユ ニ ッ ト の キ ー デ バ イ ス で あ る high-quality チ ャ ネ ル カ ッ ト crystallization の processing in accordance with the 頼 が phase time い で い る. Above よ り, open 発 し は no crooked み た ultra-precision machining technology, X-ray analysis technology の world standard の に send upward す る と と も に, モ ノ づ く り founding と し て の Japan の プ レ ゼ ン ス を high め る wing を bear っ て い る.

项目成果

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

X射线自由电子激光反射式自播种用超窄通道切割晶体X射线单色仪无畸变内壁加工方法研究

• 发表时间: 2018
• 作者: T. Hirano;Y. Morioka;Y. Sano;T. Osaka;T. Katayama;S. Matsuyama;M. Yabashi;and K. Yamauchi;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
• 通讯作者: 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

ESRF(フランス)

ESRF（法国）

Linac Coherent Light Source(米国)

直线加速器相干光源（美国）

X-ray optics for advanced ultrafast pump-probe X-ray experiments at SACLA

• DOI: 10.1107/s1600577518018362
• 发表时间: 2019-03-01
• 期刊: JOURNAL OF SYNCHROTRON RADIATION
• 影响因子: 2.5
• 作者: Katayama, Tetsuo;Hirano, Takashi;Yabashi, Makina
• 通讯作者: Yabashi, Makina

Surface Finishing Method Using Plasma Chemical Vaporization Machining for Narrow Channel Walls of X-Ray Crystal Monochromators

X射线晶体单色仪窄通道壁的等离子体化学气化加工表面处理方法

• DOI: 10.20965/ijat.2019.p0246
• 发表时间: 2019
• 期刊: International Journal of Automation Technology
• 影响因子: 1.1
• 作者: T. Hirano;Y. Morioka;S. Matsumura;Y. Sano;T. Osaka;S. Matsuyama;M. Yabashi;K. Yamauchi
• 通讯作者: K. Yamauchi