講義概要

基礎講座

	題目	講師
基礎講座１	放射光の発生	橋本　智（兵庫県立大学）	梗概，テキスト(pdf)
基礎講座２	挿入光源	北村英男（理研/兵庫県立大学連携大学院）	梗概，テキスト(pdf)
基礎講座３	ビームライン	後藤俊治（JASRI）	梗概，テキスト(pdf)
基礎講座４	Ｘ線ビームの強度を測る	多田順一郎（JASRI）	梗概，テキスト(pdf)

JASRI: （財）高輝度光科学研究センター（Japan Synchrotron Radiation Research Institute）

応用講座

	題目	講師
応用講座１	タンパク質結晶構造解析	山本雅貴（理研/兵庫県立大学連携）	梗概，テキスト(pdf)
応用講座２	XAFS	西畑保雄（原研/兵庫県立大学連携）	梗概，テキスト(pdf)
応用講座３	単結晶構造解析	小澤芳樹（兵庫県立大学）	梗概，テキスト(pdf)
応用講座４	マイクロビーム	津坂佳幸（兵庫県立大学	梗概，テキスト(pdf)

1．基礎講座１　放射光の発生　橋本　智（兵庫県立大）
　放射光とは光速に近い速度を持った相対論的電子ビームが外部磁場により軌道を曲げられた時に発生する電磁波であり、指向性、波長連続性、偏光性、パルス性などの優れた特徴を持っている。本講義では放射光の特徴、発生原理について解説する。また電子ビームを発生し加速する入射器および電子ビームを長時間蓄えて放射光を発生させる蓄積リングについてSPring-8施設内にあるニュースバル電子蓄積リングを実例に説明する。

2．基礎講座２　挿入光源　北村英男（理研/兵庫県立大学連携大学院）

放射光施設は通常電子蓄積リングを主要設備としているが、光源として機能するのはリングの構成要素である偏向電磁石と自由な直線部に設置したアンジュレータ等の挿入光源である。アンジュレータとは極性が周期的に交番する磁石列からなる光源装置で、これに入射した電子ビームは蛇行軌道上を運動することによって周期的な放射光を繰り返し発生し、前方に単色性に優れた輝度の高い放射光を発生することができる。SPring-8を代表とする第３世代放射光源においては、偏向部放射が主力のPhoton Factory等の第2世代放射光源と違って、アンジュ レータが主力放射光源として位置づけられている。その理由は２次元的指向性を示す通常の放射光とは異なり、レーザーのような１次元的指向性を持つことによって輝度の高い放射光を発生することができるばかりでなく、必要に応じて多様な偏光特性を得ることができる。本講座では挿入光源放射の原理、仕組み、及び将来の方向について述べるものである。

3．基礎講座3　ビームライン　後藤俊治（JASRI）
　ビームラインは, 挿入光源や偏向電磁石から放射されるシンクロトロン放射光を, ユーザが必要とする光に選択・加工して実験ステーションに導くための橋渡しである。ビームラインの最低限の構成は, 蓄積リングから放射光軸方向に延長されたビームパイプである. ビームラインは真空に保たれ, 必要な放射線遮蔽がほどこされる。さらに, 分光器, ミラーなどの光学系とシャッタ, スリットなどのビームラインコンポーネントが付加的に並べられ, 放射光に対してフォトンエネルギーおよびそのエネルギー幅, 空間および角度的なビーム広がりなどが制御される。
本講義では, ビームラインの全体像について概説し, 結晶分光器とミラーというX線ビームラインにおいて用いられる主要光学系について説明する。

4．基礎講座４　Ｘ線ビームの強度を測る　多田順一郎（JASRI）
　X線ビームの強度（単位時間に単位面積あたりに入射するX線の光子数またはX線のエネルギー）は、放射光利用実験で得られたデータを規格化するとき必須な情報である。X線ビームの強度は、光子を１個ずつ計測できるような非常に弱いビームであれば、全吸収型のパルス測定で得ることも可能であるが、放射光ビームのように強度の高いビームでは、バルクな測定法によらざるを得ない。すなわち、X線ビームを何らかの物質と作用させ、その物質が受ける作用の大きさを定量することによって、間接的にX線ビームの強度を測定する方法である。
　この方法が実行可能であるためには、X線ビームのエネルギー・スペクトルがa prioriに分かっていることと、X線と物質の作用の起こり易さ（すなわち相互作用の断面積）を知っていることとが必要である。放射光利用実験では、使用するX線ビームは多くの場合単色X線なので、前者の条件は自動的に成立している。また、光子と物質の主な相互作用には、光電効果、コンプトン散乱、レーリー散乱、電子・陽電子対生成があるが、それぞれ物質の種類とX線のエネルギーごとに、相互作用の断面積がデータ化されている。
　本講座では、最も広く利用されている電離箱を用いたX線ビーム強度の測定について、その原理と実際を概説する。

5．応用講座１　タンパク質結晶構造解析　山本雅貴（理研）
　ヒトゲノムの解読完了をうけたポストゲノム研究の主役として、タンパク質立体構造の重要性に注目した構造ゲノム科学プロジェクトがタンパク質結晶構造解析をその中心的な手法として日本をはじめ世界各国で推進されている。近年、タンパク質結晶構造解析法は高輝度かつ波長可変の放射光利用により、その実験手法や測定精度の点で飛躍的な進歩を遂げ、より強力な生体高分子の立体構造解析ツールとなった。本講義では放射光によるタンパク質結晶構造解析の典型的な実験手法について、解析に必要な基礎知識と具体的な手順について、実例を紹介しながら解説する。

6．応用講座２　XAFS　西畑保雄（原研/兵庫県立大学連携）
　Ｘ線吸収スペクトル測定は、通常の実験室では非常に困難な実験であり、シンクロトロン放射光が自由に使用できるようになってから実用的となった。このＸ線吸収スペクトルの精密な解析を行うと、（１）試料中の特定の元素を選んで、その元素の原子価の判定ができる、（２）その元素の周囲の幾何構造が解析できる、などの特徴を持っている。この実験法、構造解析のための理論的背景、実際の試料への応用例を簡単に紹介する。テキストは第３回夏の学校のものをそのまま用いる予定である。

7．応用講座３　単結晶構造解析　小澤芳樹　（兵庫県立大学物質理学研究科）
　最近１０年間で単結晶Ｘ線構造解析を行う環境は大きく変化してきた。多軸回折装置とシンチレーションカウンターを用いて回折点を１点１点測定するやり方から，ＩＰ（イメージングプレート），ＣＣＤなどの２次元検出器を用いて，短時間に大量のデータを精度よく計測する技術がほぼ確立され，結晶さえ用意できれば実験室で誰でも測定可能になった。研究分野によっては基本的な分析手段として結晶構造の情報を要求されることもある。しかしながら，得られた結果を正しく評価するためには，やはり基本的なX線回折の原理をきちんと理解しておく必要がある。SPring-8で行われている単結晶X線回折実験も基本的には実験室とかわらないが，放射光の特徴を生かした数々の先端的な実験手法が開発され実現されている。本講義では，放射光を用いておこなう，主に小分子の単結晶X線構造解析に必要な基本的な知識や解析結果の評価を中心に解説し，あわせてSPring-8で実際に行われている研究の一端を紹介する。

8．応用講座4　マイクロビーム　津坂佳幸（兵庫県立大学大学院物質理学研究科）
SPring-8に代表される第三世代放射光源の出現以来、X線マイクロビームの形成とその応用研究が急速に進歩してきている。それには、光源の低エミッタンス化だけでなく、さまざまな光学素子を作製する精密加工技術の進歩も大きな役割を果たしている。物質科学、生命科学の分野でこれまで用いられてきた多種の解析手法を、X線マイクロビームを用いて行うことは、対象となる試料の局所的な情報が得られる上で非常に有用である。本講座では、現在おもに用いられているマイクロビーム形成の手法と、それを用いた応用研究例について紹介する。