2024年秋の学校 講義・講習概要
基礎講義（必須）
基礎講義1．放射光発生の基礎 --- 橋本 智（兵庫県立大学）
シンクロトロン放射光は巨大な粒子加速器を用いてほぼ光速にまで加速された相対論的な荷電粒子(一般的には電子)が磁場によってその軌道が曲げられた時、接線方向前方に放射される非常に強力な電磁波を指します。本講義では基本的な円軌道放射の他、挿入光源(アンジュレーター、ウィグラー、自由電子レーザー)およびレーザーコンプトン散乱ガンマ線など様々な"放射光"について、特徴と発生原理を解説します。
基礎講義2．ビームライン ～光源と実験ステーションを繋ぐもの～ --- 山崎 裕史（高輝度光科学研究センター）
放射光利用実験では光源からの放射光をそのまま利用することはほとんどない。途中の光学機器でエネルギーの切り出しやサイズの調整などが行われ、実験に都合の良いX線がユーザーに供給される。講義では光学機器の定性的な説明に加え、SPring-8の高パワー放射光と向き合うための技術開発や新規光学系の開発状況について紹介する。
基礎講義3．X線自由電子レーザー入門 --- 久保田 雄也（理化学研究所）
X線の発見から約120年後の2009年に、米国のSLAC国立加速器研究所が人類最初のX線レーザーを実現しました。それから2年後の2011年には日本の理化学研究所が世界で2番目のX線レーザーを実現し、SACLAと名付けました。その後世界各地でX線レーザーの建設が行われ、X線レーザーの時代が始まっています。これらのX線レーザーは「自由電子レーザー」と呼ばれるタイプの光源で、私達が普段イメージする可視光近傍のレーザーとは異なる方法で光を作り出しています。本講義では、X線レーザーの仕組みとX線レーザーによって可能になったサイエンスをSACLAでの取り組みを中心に紹介します。
基礎講義4．XAFSの基礎 --- 田渕 雅夫（名古屋大学）
XAFS測定(X線領域の吸収分光測定)は、物質を構成する原子の化学的な状態(価数や電子軌道の状態)や局所的な構造(着目原子周辺の原子数、距離、原子種)を調べられる貴重な測定である。本講ではスペクトル発生の起源にまで遡り、そうした情報が含まれている理由を理解する。これによって解析で行なっている操作の意味を知り、より正しく/より良く解析を行うための基礎としたい。
基礎講義5．X線イメージング --- 篭島 靖（兵庫県立大学）
X線の高い透過性はレントゲン写真のように物体内部の構造観察を可能にする。さらに、放射光X線の高輝度性は様々な新しい画像法（イメージング）を可能にした。屈折コントラスト法による高コントラスト動的観察、走査型X線顕微鏡による微量元素の二次元分布測定、X線顕微鏡トモグラフィーによる三次元内部構造の顕微観察、コヒーレントX線回折イメージング等を例に挙げ、SPring-8における応用例を紹介する。
基礎講義6．X線検出器の基礎--- 今井 康彦（高輝度光科学研究センター/理化学研究所）
放射光X線は、ほぼ全ての種類の実験で検出器を使って測定されています。実験の種類に応じて、X線の強度やX線のエネルギー、X線の到来時間、またはこれらの組み合わせを測定するための検出器があります。近年では、X線回折の測定においてX線の強度分布を2次元画像として撮影する画像検出器が広く用いられています。本講義では、各種X線検出器の原理から、先端的な画像検出器であるハイブリッド型ピクセル検出器の特徴までを簡単に紹介します。
基礎講義7．回折・散乱の基礎と構造解析への応用 --- 藤原 明比古（関西学院大学）
物質の性質を理解する上で、原子配列は、最も基本的、かつ、重要な情報の一つです。本講義では、回折・散乱現象の基礎から出発し、原子によるX線の回折・散乱、回折・散乱実験による原子配列の解析について概観します。結晶構造解析はわかりやすい応用例ですが、結晶構造解析のみならず、薄膜結晶や周期性を持たない非晶質材料、集合体の構造の解析などを対象にして、放射光利用の優位性や放射光利用ならではの実験例についても解説します。
グループ講習
※以下の19テーマより3〜4テーマを受講：グループ講習のいくつかは個人でPCを持参いただくものもあります、ご不明な点がございましたら、事務局までご連絡ください。
※実際の放射光を用いた実習はございません。
グループ講習1．単結晶構造解析 --- 橋爪 大輔・足立 精宏（理化学研究所CEMS）
物質を対象とする研究において、必要な情報は目的によって多岐に渡ります。しかし、物質の構造が研究に不要であることはほとんどありません。物質の構造を得る目的で多く用いられている手法が単結晶構造解析です。本講習では、有機小分子化学物結晶の構造解析について概説し、SPring-8 における単結晶回折装置(BL02B1)を見学、デモデータを用いた構造解析実習を行います。特に実習に重点を置きます。なお、受講される方は各自PC(OSはWindowsまたはMac)をご用意下さい。ソフトウエアはOlex2を使います。インストールガイドはテキストとともに配布します。当日インストールの時間を設けますので、事前準備していなくても問題ありません。
グループ講習2．放射光粉末X線回折によるその場観測の実際 --- 岡 研吾（近畿大学）／ 加藤 大地（京都大学）
放射光粉末X線回折は、微量試料を用いた短時間での測定、雰囲気制御の簡便さ などから物質の反応を追跡するなどのその場観測に適している。SPring-8の高輝度放射光を利用した粉末試料のX線回折について実習を行い、BL02B2において試料のハンドリングや測定システムの操作などの模擬実験を行う。その後、銅の高温環境下での酸化反応を追跡した回折データを用いて解析を行い、その結果について考察する。 なお、受講される方は各自EXCELソフトがインストールされているPCをご用意下さい。（OS不問）
グループ講習3．タンパク質結晶構造解析 --- 水島 恒裕（兵庫県立大学）／河村 高志（高輝度光科学研究センター）
生体内で様々な役割を持つタンパク質の構造情報は、生命機能を理解したり、そのタンパク質を標的とした薬剤をデザインするために重要である。本講習ではタンパク質のX線結晶構造解析を行う上で必要となるタンパク質結晶の作製法、タンパク質結晶を用いた回折実験、およびデータ解析などに関して学ぶ。
グループ講習4．小角X線散乱 --- 増永 啓康・関口 博史（高輝度光科学研究センター）
小角X線散乱は物質中のナノ構造を観察する計測法で、高分子、液晶、金属、生体物質等、広い分野で応用されている。本講義では、1）X線散乱法でナノ構造を見ることの基礎、2）小角X線散乱法で用いられるX線光学系・検出器系の構造と原理、3）小角X線散乱法の応用例(特に、高分子材料、タンパク質・溶液散乱)、に関して平易に解説する。受講される方は各自PCをご用意下さい。（表計算ソフトとImageJなどの画像解析ソフトを使います）
グループ講習5．放射光を利用した応力・ひずみ計測 --- 菖蒲 敬久・冨永 亜希（日本原子力研究開発機構）
安全・安心な要素設計には、部材要素に作用する応力・ひずみを把握することが不可欠です。特に部材中に隠れている残留応力は、強度に大きな影響を及ぼすため、高精度に評価する必要があります。本講習では、応力・ひずみ測定の基礎的な原理・手順を理解することを目指します。そのため、ひずみ測定の最も基礎的な手法であるひずみゲージ法、さらには、X線回折を利用した応力・ひずみ解析法について、実体験を通して理解することを目的とします。受講される方は各自EXCELソフトがインストールされているPCをご用意下さい。
グループ講習6．X線回折・散乱を用いた薄膜構造評価 --- 小金澤 智之（高輝度光科学研究センター）
私たちの生活に欠かせない存在である半導体デバイスは、様々な機能性薄膜で構成されています。膜厚が数nmから数百nm程度の機能性薄膜の構造評価には、高輝度X線源である放射光が強力な評価ツールとなります。本講習では薄膜構造評価法であるX線回折測定やX線反射率測定の原理と応用例を紹介し、BL13XUに設置されている多軸X線回折計において測定手順を見学していただきます。可能な方は、各自PCをご用意下さい。
グループ講習7．X線吸収分光法 ---朝倉 博行・田中 淳皓（近畿大学）／中谷 勇希（大阪大学）
X線吸収分光法（XAS）は、特定原子（元素）の内殻電子の励起に伴う吸収スペクトルからその原子の電子状態や局所構造を知ることができる手法で、様々な分野で応用されている。本講習では、実際に利用されている測定機器に触れながら、XASの原理、特長、測定法及びXASスペクトルの解析の基礎について説明します。受講される方は各自windows PCをご用意下さい。指定のソフトのダウンロードが必要です。
グループ講習8．赤外分光分析 --- 池本 夕佳・森脇 太郎（高輝度光科学研究センター）／岡村 英一（徳島大学）
波長の長い赤外線を利用した分光測定について講習を行います。赤外分光では、物質の組成・結合に関する情報や、物質中の電子状態に関する情報が得られます。本グループ講習では、赤外分光の基礎と放射光の特徴・利用例に関する講義のほか、オフライン装置を利用して身近な素材の測定を行います。
グループ講習9．光電子分光（HAXPES） --- 保井 晃・高木 康多（高輝度光科学研究センター）
光電子分光は物性を支配する電子を直接取り出し調べる手法であり、物質中の電子の状態を詳細に解析できるため、基礎物性研究のみならず製品の開発研究などにも幅広く利活用されています。
本講習では特にSPring-8で開発された硬X線光電子分光法を中心に解説を行います。また、光電子分光の基礎的な解析方法の実習を行うとともに、先端研究事例を紹介します。
グループ講習10．高圧力の発生技術と高圧物質科学 --- 新名 良介（明治大学）
講習では高圧下の物質科学と放射光X線を利用した評価に関する簡単な講義と併せて、ダイヤモンド・アンビル・セルを用いた高圧発生技術を習得します。単結晶の高圧氷の生成、ヨウ化銀の相転移の観察、ルビー蛍光法による圧力評価などの実習を行う予定です。 受講される方は、各自PCをご用意下さい。
グループ講習11．ドーパント原子配列解析 --- 松下 智裕（奈良先端科学技術大学院大学）
結晶中のドーパントや、薄膜界面の原子配列を解析できる、光電子ホログラフィーと蛍光X線ホログラフィーとの最前線の研究成果を紹介し、そのデータ解析について平易に解説します。データ解析として、原子分解能ホログラムのシミュレーションおよび立体原子配列の再構成方法について実習します。
受講される方は、各自PCをご用意ください。
グループ講習12．放射光軟Ｘ線光電子分光による表面化学反応の”その場”観察 --- 吉越 章隆・津田 泰孝（日本原子力研究開発機構）
気体と固体表面の化学反応（表面化学反応）は、材料プロセス、表面改質、錆などの腐食劣化現象、排ガス浄化や電池の電極反応など、デバイス製造、インフラ開発、環境・エネルギー触媒などの身の回りの多くの課題と関係しています。本テーマでは、表面化学反応の原子・分子レベルの”その場”観察を実現する放射光軟Ｘ線光電子分光に関して、超高真空などの関連技術を交えながら紹介します。
グループ講習13．放射光X線イメージングの概要と基礎 --- 上杉 健太朗（高輝度光科学研究センター）
放射光を利用したX線イメージングでは、単純なレントゲン撮影のように計測対象である試料の内部構造を単に可視化するだけでなく、得られた画像データを定量的に取り扱うことにより、様々な情報を引き出すことができます。本講習では、まずX線イメージングの概要を示し、どのような研究に使われているか、どのような情報が引き出せるのかを学びます。その後、この計測を行うための基本ツールの説明を行います。受講される方は各自PC（OS不問）をご用意下さい。
グループ講習14．GeV光ビームの生成と物質との相互作用--- 水谷 圭吾（大阪大学）
GeV光ビームは、X線に比べて10万倍程度高いエネルギーを持ち、素粒子・原子核の研究に利用されています。本実習では、レーザー光をSPring-8蓄積電子と逆コンプトン散乱させてエネルギー増幅し、GeV光ビームを生成します。また生成したGeV光ビームのエネルギーや空間的拡がりといった性質を物質との相互作用を通じて測定します。実習を通して、電磁気学および量子力学、初歩の相対論にも触れながら極微の世界を体験します。
グループ講習15．X線発光分光法 --- 松村 大樹（日本原子力研究開発機構）／石井 賢司（量子科学技術研究開発機構）
X線は試料と様々な相互作用を行いますが、X線のエネルギーの一部を試料に渡してその分だけエネルギーが減ったX線が放出されるという経路もあります。このエネルギーが減って放出されたX線を計測するのがX線発光分光法です。
出てきたX線のエネルギーを詳細に調べ、それを許に試料とX線との相互作用を理解することで、試料の構造や電子状態に関する詳しい情報が得られます。講習ではX線発光分光法の基礎について説明し、燃料電池の電極触媒に対する観察結果を例に取り、X線発光分光法の有用性を具体的に解説します。
グループ講習16．二体分布関数法（PDF) --- 尾原 幸治（島根大学／高輝度光科学研究センター）／山田大貴・下野聖矢（高輝度光科学研究センター）
二体分布関数法（PDF）は、ガラスや液体の局所構造に関する情報が得られます。本講習では、実際に利用されている計測機２つのデータを用いて、データ処理の実習を行う予定です。
グループ講習17．ブラッグコヒーレント回折イメージング法 --- 大和田 謙二・押目 典宏（量子科学技術研究開発機構）
放射光の特徴のひとつであるコヒーレンスを活用したブラッグコヒーレントX線回折イメージング法について講習を行います。ブラッグコヒーレントX線回折イメージング法は微小結晶試料を３次元的に可視化する技術で、結晶の形状やサイズ、内部の応力分布等を可視化します。講習は講義と実習からなります。講義ではコヒーレントX線回折イメージング法の概要を紹介します。また実際に計測に使われる装置群の見学も行います。実習では、データの解析（位相回復計算）を体験していただきます。計算にはGPU搭載のPCが必要であるため、ビームラインに設置するPCを利用します。このため１回の講習につき２名までとさせていただきますこと、ご了承ください。
グループ講習18．放射線生物学の基礎 --- 小西 輝昭・城 鮎美（量子科学技術研究開発機構）
放射線は医学分野において診断や治療に使われています。放射線がん治療においては、がん患部に放射線を集中させることでがん細胞に細胞死を誘発します。本講習では、研究で用いられている培養細胞の観察をするとともに、放射線の細胞致死効果の測定法を学びながら、放射線生物学のほんの入り口を体験していただきます。受講される方は各自EXCELソフトがインストールされているPCをご用意下さい。（OSは問わず）
グループ講習19．放射光X線トポグラフィーによるパワー半導体単結晶の欠陥観察--- 姚 永昭（三重大学）／梶原 堅太郎（高輝度光科学研究センター)
放射光X線は高輝度、高指向性、波長可変、広いビーム幅等の特徴を有するため、単結晶材料の格子欠陥の非破壊観察に適する。本講習では、欠陥周囲の格子歪みによる回折強度の変化を利用して欠陥の分布と種類を観察する「X線トポグラフィー」を用い、SiC、GaN、AlN、Ga2O3等次世代のパワーデバイス用半導体単結晶材料の欠陥評価の原理と事例を紹介する。