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高エネルギーX線またはHEX線は非常に硬いX線で、典型的なエネルギーは80～ 1000keV（1MeV）で、X線結晶構造解析に使用される従来のX線（および120keVを超えるガンマ線エネルギー）よりも約1桁高い。これらは、コーネル高エネルギーシンクロトロン放射源、SPring-8、欧州シンクロトロン放射施設（ESRF）のビームラインID15およびBM18などの最新のシンクロトロン放射源で生成されます。主な利点は、物質への深い浸透であるため、物理学や材料科学における厚いサンプルのプローブとなり、空気中のサンプル環境と操作が可能になることです。散乱角度は小さく、前方に回折するため、検出器のセットアップが簡単になります。
高エネルギー（メガボルト）X線は癌治療にも利用されており、線形加速器によって生成されたビームを使用して腫瘍を抑制します。[1]
利点
100～300keVの高エネルギーX線（HEX線）は、5～20keVの範囲にある従来の硬X線に比べて独自の利点を持っています[2]それらは次のように列挙できます。
- 光吸収断面積が大幅に減少しているため、材料への浸透性が高くなっています。光吸収は、材料の原子番号と X 線エネルギーに大きく依存します。鋼鉄では数センチメートルの厚さの体積に、鉛を含むサンプルでは数ミリメートルの厚さの体積にアクセスできます。
- サンプルに放射線による損傷を与えないため、不整合が生じたり、分析対象の化合物が破壊されることはありません。
- エワルド球は、低エネルギーの場合よりも曲率が 10 倍小さく、電子回折と同様に、逆格子で領域全体をマッピングできます。
- 拡散散乱へのアクセス。低エネルギーでは吸収が制限され、消滅は制限されません[明確化が必要] 。 一方、高エネルギーでは体積増大[明確化が必要]が起こります。複数のブリルアンゾーンにわたる完全な 3D マップを簡単に取得できます。
- 入射波の運動量が大きいため、高運動量移動が自然に可能になります。これは、液体、非晶質、ナノ結晶材料の研究や対分布関数の解析にとって特に重要です。
- 材料オシロスコープの実現。
- 空気中での動作によるシンプルな回折セットアップ。[説明が必要]
- 前方方向の回折により、2D 検出器で簡単に登録できます。前方散乱と浸透により、サンプル環境が簡単かつわかりやすくなります。
- 散乱角が比較的小さいため、偏光効果は無視できます。
- 特殊な非共鳴磁気散乱。
- LLL干渉法。
- 電子と核の両方の高エネルギー分光レベルへのアクセス。
- 中性子に似ていますが、補完的な研究と高精度の空間分解能を組み合わせたものです。
- コンプトン散乱の断面積は、コヒーレント散乱または吸収の断面積に似ています。
アプリケーション
これらの利点により、HEX 線は幅広い調査に応用できます。概要は、まだ完全ではありませんが、次のようになります。
- 金属、セラミック、液体などの実際の材料の構造調査。特に、あらゆる金属の溶融までの高温での相転移のその場研究。相転移、回復、化学的偏析、再結晶、双晶形成、ドメイン形成は、1 回の実験で追跡できるいくつかの側面です。
- バッテリー、燃料電池、高温リアクター、電解質などの電極など、化学環境または動作環境内の材料。貫通性と十分にコリメートされたペンシルビームにより、化学反応を起こしながら対象の領域と材料に焦点を合わせることができます。
- 従来の反射測定実験では厚すぎる、鋼の製造および圧延工程における鋼の酸化などの「厚い」層の研究。液体浴中の工業用鋼のZincalume表面コーティングの金属間反応など、複雑な環境における界面と層。
- 軽金属のストリップ鋳造プロセスなどの工業的現場研究。鋳造セットアップをビームライン上にセットアップし、HEX 線ビームでリアルタイムにプローブすることができます。
- 単結晶のバルク研究は、従来の X 線の透過によって制限される表面近傍領域の研究とは異なります。ほぼすべての研究で、臨界散乱長と相関長がこの効果によって強く影響を受けることが発見され、確認されています。
- 散乱長の違いによるコントラストの変化など、同じサンプルに対する中性子と HEX 線の調査の組み合わせ。
- 数センチメートルの厚さのサンプルで独自の空間分解能によるバルク残留応力解析。現実的な負荷条件下での現場での解析。
- 金属の鍛造、圧延、押し出しなどの熱機械的変形プロセスのその場研究。
- 金属加工などの際の変形、相転移、またはアニーリング中のバルクのテクスチャをリアルタイムで測定します。
- 重元素を含む可能性があり、厚い地質サンプルの構造とテクスチャ。
- 高透過とバルクからの研究の利点をすべて備えた単結晶の調査のための高解像度三重結晶回折。
- 価電子殻の運動量分布を調べるためのコンプトン分光法。
- 高エネルギーによるイメージングとトモグラフィー。専用ソースは、数秒で 3D トモグラムを取得できるほど強力です。シンプルな形状のため、イメージングと回折の組み合わせが可能です。たとえば、トモグラフィーと残留応力測定または構造解析を組み合わせたものなどです。
参照
参考文献
さらに読む
- Liss, Klaus-Dieter ; Bartels, Arno; Schreyer, Andreas; Clemens, Helmut (2003). 「高エネルギー X 線: 材料科学と物理学における高度なバルク調査のためのツール」.テクスチャと微細構造. 35 ( 3–4 ): 219– 252. doi : 10.1080/07303300310001634952 .
- Benmore, CJ (2012). 「ガラスと液体からの高エネルギーX線回折のレビュー」ISRN Materials Science . 2012 : 1– 19. doi : 10.5402/2012/852905 .
- エバーハルト・ハウグ、ヴェルナー・ナケル (2004)。制動放射の基本過程。ワールド・サイエンティフィック物理学講義ノート。第 73 巻。リバー・エッジ、ニュージャージー州: ワールド・サイエンティフィック。ISBN 978-981-238-578-9。