シンクロトロン放射源とは何ですか?
シンクロトロン放射光源は、偏向磁石を用いて高エネルギー電子ビームをリング状のシンクロトロン加速器内をほぼ光速で周回させます。電子ビームは、偏向された軌道の接線方向に沿って連続スペクトルの電磁波を放射します。この電子からの自発放射は、高強度で広いスペクトル範囲を特徴としており、所望の波長を任意に選択し、連続的に調整することが可能です。そのため、科学研究のための新しいタイプの光源となっています。
光源の主な構造：
主に線形加速器、ブースター、蓄積リング、ビームライン、実験ステーションで構成されています。
開発履歴:
光源の特性
- 高強度
例えば、従来のX線装置で結晶欠陥のX線画像を撮影するには通常7～15日間の露光が必要ですが、シンクロトロン放射光源を使用すれば数秒から数分で済みます。そのため、作業効率は数万倍も向上します。シンクロトロン放射光源は高い輝度を備えているため、従来の光源では不可能だった多くの作業が可能になります。 - 広域スペクトル
シンクロトロン放射は、赤外線、可視光、真空紫外線、軟X線から硬X線に至るまで、幅広いスペクトル範囲をカバーします。現在、これほど広い範囲をカバーしながら高輝度を維持できる光源はシンクロトロン放射だけです。 - 高いコリメーション
光学部品を通して抽出されたシンクロトロン放射は優れたコリメーションを有しています。集光後、輝度を大幅に高めることができるため、極めて小さな試料や材料中の微量元素の研究が可能になります。 - 脈動する自然
シンクロトロン放射は、蓄積リング内を周期的に周回する電子バンチから放射され、ナノ秒からマイクロ秒の範囲のパルスの時間構造を生み出します。この特性により、化学反応、物理的励起、生物細胞の変化といった時間依存プロセスを研究することが可能になります。 - 二極化
可視光と同様に、蓄積リングから放射されるシンクロトロン放射は、観測者の角度に応じて直線偏光または円偏光を示すことができます。この特性を利用して、試料中の特定のパラメータの配向を調べることができます。
主な用途:
エンジニアリング材料
HEPSエンジニアリング材料ビームラインは、強力な浸透能力、マルチスケール空間分解能、高密度感度、高角度分解能、広視野特性を備えた非破壊検査手法を提供します。エンジニアリング材料のミクロおよびメソ構造特性、ならびに残留応力分布について、その場、非破壊、多次元、マルチスケールの研究を可能にします。さらに、製造・加工技術、荷重・環境条件、そして材料のマクロ的な使用性能との関係に関する研究を支援します。
先端材料
先進製造技術の代表である産業グレード3Dプリンティングは、「中国製造2025」戦略の重要な要素です。複雑な加工は、しばしば微細構造の変化や残留応力を引き起こし、材料性能の低下や早期故障につながります。HEPSは、加工条件と使用条件の現場における非破壊リアルタイム診断を可能にし、微細構造と性能の関連性に関する重要な知見を提供し、先進材料の信頼性向上に貢献します。
触媒とエネルギー
効率的でクリーン、かつ再生可能なグリーンエネルギー応用の鍵は、化学触媒反応プロセスを理解し、分子レベルおよびナノスケールレベルで制御可能な触媒反応を実現することです。このような研究には、高いX線フラックス、高輝度、優れた時間分解能および空間分解能、そして現実的な条件下でin-situ実験およびオペランド実験を実施できる能力を備えたシンクロトロン放射光施設が必要です。高輝度かつ極めて低いエミッタンスを備えたシンクロトロン放射光装置だけが、これらの研究条件を提供することができます。
新エネルギー
シェールオイルとシェールガスは、世界の資源開発における新たな焦点となっています。HEPSのナノCT技術を用いることで、シェール構造のナノメートル解像度での三次元画像化が可能となり、シェール細孔の空間分布特性を明らかにし、細孔の連結性、細孔サイズ分布、細孔容積といったパラメータを取得することができます。さらに、小角散乱法を用いることで、ナノ細孔と様々なスケールにおける細孔分布を解析することができ、シェールオイルとシェールガスの貯蔵特性を研究するための科学的データを提供します。
シンクロトロン光源の世界分布
シンクロトロン放射光源は国民経済、科学研究、防衛産業に広く利用されており、さまざまな磁性材料がその重要な部分を占めています。
