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公開番号2023075381
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-05-31
出願番号2021188244
出願日2021-11-19
発明の名称結晶形状可変機構を有する湾曲結晶
出願人株式会社ジェイテックコーポレーション
代理人
主分類G21K 1/06 20060101AFI20230524BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】X線分光用結晶基板を用いて、電圧印加によって結晶構造を楕円、円筒、平面、放物、双曲といった任意の形に変形・補正することのできる、結晶形状可変機構を有する湾曲結晶を提供する。
【解決手段】少なくとも表面側がX線の分光性能を備えた薄板状のX線分光用結晶基板と、圧電素子とが接合若しくは接着されていて、圧電素子への電圧印加によってX線分光用結晶材料を湾曲させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも表面側がＸ線の分光性能を備えた薄板状のＸ線分光用結晶基板と、圧電素子とが接合若しくは接着されていて、該圧電素子への電圧印加によって当該Ｘ線分光用結晶材料を湾曲させられ、前記Ｘ線分光用結晶基板の変形モードにおいて、一次元方向に少なくとも３次関数以上の高次の関数を含む近似多項式で表現される任意形状に変形可能な機能を有することを特徴とする、結晶形状可変機構を有する湾曲結晶。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記Ｘ線分光用結晶基板の表面側の特定領域をＸ線を照射するＸ線照射部とし、該Ｘ線分光用結晶基板の前記Ｘ線照射部の脇に沿って第１圧電素子群が配置され、該第１圧電素子群が配置された部分の裏面側の対称位置に第２圧電素子群が配置されている、請求項１記載の結晶形状可変機構を有する湾曲結晶。
【請求項３】
前記Ｘ線分光用結晶基板の表面側の短手方向の中心線部に、長手方向に延びる前記Ｘ線照射部を備え、前記圧電素子が前記Ｘ線照射部を除く領域に存在している、請求項１又は２記載の結晶形状可変機構を有する湾曲結晶。
【請求項４】
前記圧電素子と、Ｘ線分光用結晶基板とが、金属ナノ粒子を使った金属接合体を介して接合されている、請求項１～３何れか１項に記載の結晶形状可変機構を有する湾曲結晶。
【請求項５】
前記金属ナノ粒子の粒径が１００ｎｍ以下のものを含む、請求項１～４何れか１項に記載の結晶形状可変機構を有する湾曲結晶。
【請求項６】
前記Ｘ線分光用結晶基板の少なくとも表面側が研磨されている、請求項１～５何れか１項に記載の結晶形状可変機構を有する湾曲結晶。
【請求項７】
前記Ｘ線分光用結晶基板が、ブラッグケースによるＸ線回折を利用した分光機能を有している、請求項１～６何れか１項に記載の結晶形状可変機構を有する湾曲結晶。
【請求項８】
前記Ｘ線分光用結晶基板が、ラウエケースによるＸ線回折を利用した分光機能を有している、請求項１～６何れか１項に記載の結晶形状可変機構を有する湾曲結晶。
【請求項９】
少なくとも表面側がＸ線の分光性能を備えた薄板状のＸ線分光用結晶基板に、少なくとも１つの圧電素子を接合若しくは接着して、該圧電素子への電圧印加によって当該Ｘ線分光用結晶材料を湾曲させることを特徴とする、結晶の湾曲方法。
【請求項１０】
請求項１～８何れか１項に記載の結晶形状可変機構を有する湾曲結晶を用いることを特徴とする、波長分散型Ｘ線吸収微細構造法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線光学系に使用する結晶形状可変機構を有する湾曲結晶に関するものである。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
シンクロトロン光施設におけるＸ線吸収分光（ＸＡＦＳ）による測定においては、多くの場合、平板状の結晶を利用した分光器が用いられていて、例えばＳｉ結晶における、（１１１）面や、（２２０）面を使ったブラッグ反射を利用して、目的のエネルギーのＸ線を選択して、サンプルに照射して測定が行われる。その際には試料へ入射するＸ線のエネルギーを逐次変化させて吸収スペクトルを測定する方法が一般的であり，高強度の放射光源と高速掃引分光器を用いたとしても、正味の測定時間と分光器の機械的な駆動に要する時間が必要となる。
【０００３】
一方で、当該の結晶を湾曲させることで、掃引分光器がなくても、Ｘ線吸収分光におけるエネルギー領域全体を一度に測定できるＤＸＡＦＳ（ＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ－ｒａｙＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＦｉｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ：波長分散型Ｘ線吸収微細構造）が知られている。この方法では、目的のエネルギー領域全体を一度に測定でき、湾曲による集光によって短時間でもシグナル強度が高くなるため、単発的な現象を追跡できる（非特許文献１）。
【０００４】
当該の湾曲結晶の製作方法として、主にホットプレス法とベント法がある。ホットプレス法ではＳｉ半導体結晶バルクウエハに対して加熱しながら湾曲させることで、ウエハに所定の湾曲構造を転写する方法である。この方法では転写時において高温加熱しながら湾曲させているため、曲げる際にひずみの影響が出てしまうが、これを解消することができない。また、エネルギー範囲を柔軟に調整できないというデメリットがあった。一方で、ベント型では測定するエネルギー範囲を柔軟に調整することができる。焦点での収差を低減して集光点サイズを小さくするためには楕円面湾曲が理想的であり、そのためには二点に独立な湾曲モーメントを負荷できる四点支持型ベンダー等の方法で機械的に理想形状に近づける方法が知られている（非特許文献１、特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、これらの方法を用いても機械的な方法では収差を十分に除去することができない。機械曲げでは、端部２箇所からの圧縮応力により、主となる２次関数は制御可能であったが、意図しない制御不可能な４次関数が印加されてしまうという問題点があった。このため、機械曲げだと収差の除去は難しく、目的となる楕円形状を形成することすらできないという課題があった。このため、全反射型のＸ線ミラーなどでは機械曲げに加えて圧電素子を使って電圧制御による形状可変ミラーが開発されている（非特許文献２）。
【０００６】
また、従来の湾曲結晶では機械曲げで構造を変形させているため、目的の形状をナノメータレベルで製作することは困難であったため、蒸着などを利用して薄層の結晶基板を作る検討がなされている（特許文献２）。
【０００７】
更には白色Ｘ線が照射されて波長分散を行う場合、特にシンクロトロン放射光施設におけるアンジュレータなどを光源とする場合では、ビームによる熱で光学素子の変形が生じるといわれている（非特許文献３）。これを補正するためにも、３次関数以上の高次の成分の補正が可能なＸ線全反射ミラーが必要とされていて、現在、ミラーと圧電素子とを耐熱材料により接合できるようになっている（特許文献３、非特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開平９－２３６６９７号公報
特開２０１４－９１３１号公報
特許第６８５４５１７号公報
【非特許文献】
【０００９】
稲田康宏,丹羽尉博,野村昌治,放射光学会誌,July 2007,Vol.20,No.4,p.242
TAKUMI GOTO,SATOSHI MATSUYAMA,HIROKI HAYASHI,HIROYUKI YAMAGUCHI,JUNKI SONOYAMA,KAZUTERU AKIYAMA,HIROKI NAKAMORI,YASUHISA SANO,YOSHIKI KOHMURA,MAKINA YABASHI,TETSUYA ISHIKAWA,AND KAZUTO YAMAUCHI,OPTICS EXPRESS Vol.26,No.13,(2018)17477
Manuel Sanchez del Rio,Antoine Wojdyla,Kenneth A.Goldberg,Grant D.Cutler,Daniele Cocco and Howard A.Padmore.J.Synchrotron Rad.(2020).27,p1141–1152
Yoshio Ichii,Hiromi Okada,Hiroki Nakamori,Akihiko Ueda,Hiroyuki Yamaguchi,Satoshi Matsuyama,and Kazuto Yamauchi,Rev.Sci.Instrum.90,021702 (2019)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、平板からなる結晶素材に、圧電素子を、圧電素子のキュリー温度よりも十分に低い温度で両者を強固に接合し、電圧制御により、当該結晶を任意形状に湾曲させて、エネルギー分散と集光とを同時に実現させ、更には、耐熱性にも優れ、真空中で使用しても汚染物質の放出量が少ない結晶形状可変機構を有する湾曲結晶を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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