X-ray imaging using SR
Imaging system
当センターでは超伝導ウィグラーを光源とするビームライン07（BL07）にて各種のイメージングを行っています。図1にビームラインの構成を、図2に光学ハッチに設置してあるGe結晶（Ge(111)）を用いた2結晶分光器と、光学-実験ハッチ間に設置してあるSi結晶（Si(220)）を用いた2結晶分光器で、単色化した放射光の強度スペクトルを示します。Ge分光器の対応するエネルギーは6~20 keVで、Si分光器の6~35 keVに比べて高エネルギー範囲が狭くなっていますが、光源に近く、さらにGe(111)の回折幅が広いために、Si分光器に比べて強度は約10倍になります。このため、大強度が必要なマイクロCTで主に利用しています。
図1 ビームライン07(BL07)の構成[1]
図2 GeおよびSiを用いた2結晶分光器で単色化されたX線の強度[1]
図3にBL07の各種イメージングにおける放射光の流れを示します。本ビームラインでは光源（超伝導ウィグラー）から放射された白色放射光をスリット(TC1)で整形された後、金属フィルター、Ge分光器（光学ハッチ）、Si分光器（光学ー実験ハッチ間）のいずれかに入射してエネルギー帯域を狭めて利用しています。なお、走査型蛍光X線顕微鏡（供用準備中）では、エネルギーフィルタリングすることなく、そのまま利用しています。表1には各イメージング法の主なスペックを、表2にはBL07で利用可能なX線カメラの仕様を示します。
図3 BL07におけるX線のながれ
表1 BL07で利用可能な手法とそのスペック
| No | イメージング法 | 使用可能な放射光 | 使用ハッチ | 観察視野 | 空間分解能 | 三次元計測時間 | その他 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 吸収CT | 単色：8-35 keV | 実験ハッチ | 16ｘ12 mm2 | 20 um | 30 min以下 | |
| 2 | 高速CT | 準単色（~15 keV） | 光学ハッチ | 5ｘ2 mm2 | 20 um | 1 s以下 | 供用準備中 |
| 3 | マイクロCT | 単色：8-15 keV | 光学ハッチ | 2ｘ2 mm2 | 2 um | 20-40 min | 温度制御可能 （-150~+50℃） |
| 4 | 位相CT（DEI） | 単色：8-35 keV | 実験ハッチ | 16ｘ12 mm2 | 30 um | 1 h | |
| 5 | 位相CT（回折格子（タルボ）） | 単色：12-20 keV | 実験ハッチ | 16ｘ12 mm2 | 30 um | 1.5 h | |
| 6 | 位相CT（伝搬） | 単色：8-15 keV | 光学ハッチ | 2ｘ2 mm2 | 3 um | 20-40 min | 温度制御可能 （-150~+50℃） |
| 7 | 位相CT（結晶干渉計） | 単色：15-20 keV | 実験ハッチ | 10ｘ8 mm2 | 30 um | 1.5 h | 供用準備中 |
| 8 | 走査型蛍光X線顕微鏡 | 白色 | 光学ハッチ | 200 um角 | 1 um | ２次元：１時間 （３次元は未対応） | 供用準備中 当面は重元素対象 |
表2 当センターで利用可能なX線カメラ
| 名称 | 種類 | 画素サイズ | 画素数 | 転送方式 | その他 |
|---|---|---|---|---|---|
| VHR | ファイバーカップリング | 3.2 um | 4008x2560 | Camera link | Photonic Science製 (Windows 7専用のため運用停止中） |
| Zyla 5.5 HF | ファイバーカップリング | 6.5 um | 2560x2160 | Camera link | Andor製 |
| Kenvy 2 | レンズカップリング | 1.3 or 0.65 um | 2048x2048 | USB 3 | 自家製 |
| HAYAKA | レンズカップリング | 13.7 um | 1280x840 | CoaXpress | 自家製 最大5000 fps |
なお、詳細情報は以下の論文に記載してあります。また、計測例はhttps://img.saga-ls.jp/galleryをご覧下さい。
当センターでは、上記のマイクロＣＴに、窒素冷気吹きつけ型のクライオシステム（リガク製）を組み合わせて、低温下での計測も可能です。クライオシステムの仕様は表３のようになっており、室温と同じ空間分解能及び密度分解能で計測できます。
表3 クライオシステムの概要
| 冷却方式 | 窒素冷気吹きつけ型 |
| 温度範囲 | -180~+80℃ |
| 温度安定性 | ±0.5℃ |
| 制御方式 | LAN経由 |
クライオシステムの概要
1. BL07におけるイメージング（オープンアクセス）
Yoneyama, A.; Takeya, S.; Lwin, T.T.; Takamatsu, D.; Baba, R.; Konishi, K.; Fujita, R.; Kobayashi, K.; Shima, A.; Kawamoto, M.; et al. Advanced X-ray imaging at beamline 07 of the SAGA Light Source. J Synchrotron Radiat 2021, 28, 1966-1977, doi:10.1107/S1600577521009553.
https://doi.org/10.1107/S1600577521009553
2. 位相イメージング（オープンアクセス）
Yoneyama, A.; Baba, R.; Lwin, T.T.; Kawamoto, M. Four-type phase-contrast X-ray imaging at SAGA Light Source. Journal of Physics: Conference Series 2020, 2380, 012117, doi:10.1088/1742-6596/2380/1/012117.
https://doi.org/10.1088/1742-6596/2380/1/012117
3. X線顕微カメラ（オープンアクセス）
Yoneyama, A.; Baba, R.; Kawamoto, M. Quantitative analysis of the physical properties of CsI, GAGG, LuAG, CWO, YAG, BGO, and GOS scintillators using 10-, 20- and 34-keV monochromated synchrotron radiation. Optical Materials Express 2021, 11, 398, doi:10.1364/ome.409161.
https://doi.org/10.1364/OME.409161
4. 走査型蛍光X線顕微鏡
（現在は入射角5mradの形状可変ミラーの導入を進めています。2024年秋頃に供用開始の予定です。）
Yoneyama, A.; Kawamoto, M. Development of scanning X-ray fluorescence microscope using KB mirror and white synchrotron radiation at SAGA Light Source. Journal of Instrumentation 2020, 15, 12029, doi:10.1088/1748-0221/15/12/p12029.
https://doi.org/10.1088/1748-0221/15/12/P12029