高エネルギー加速器研究機構
自然科学研究機構 分子科学研究所
広島大学
東京大学 物性研究所
総合研究大学院大学
本研究成果のポイント
- 開発研究多機能ビームライン（BL-11A, -11B）において、硬Ｘ線と軟Ｘ線を同一位置に同時照射する「量子マルチビーム実験」を開始した。
- 初のX線2ビーム利用実験として、水の電気分解反応の「プローブ-プローブ測定」およびケージド化合物のX線誘起解離現象の「ポンプ-プローブ測定」に成功し、本手法の有効性を実証した。
- 今後、BL-11A, -11Bは、放射光施設におけるX線2ビーム利用研究を先導するビームラインとして、マルチビーム利用技術の実証・高度化を進めるテストベッドの役割を担い、国内外の放射光施設への展開や、幅広い研究分野での応用に貢献する。
概要
高エネルギー加速器研究機構（KEK）物質構造科学研究所（IMSS）放射光実験施設 フォトンファクトリー（PF）において、開発研究多機能ビームラインBL-11A, -11Bでの共同利用実験がスタートしました。
PFでは、電子を光速に近い速度まで加速して発生させた明るいX線（放射光）を使い、さまざまな物質の構造や性質を調べています。X線には、物質の内部構造を詳しく見るのに適した「硬X線」と、物質の表面や電子の状態を調べるのに適した「軟X線」があります。
これまで、放射光施設では、硬Ｘ線と軟Ｘ線を別々にしか使うことができず、同じ試料に同時に当てる実験は行われてきませんでした。触媒反応や電池の動作のように、試料の状態が刻々と変化する現象では、測定を別々に行うと必ずしも同じ状態を再現できず、異なる情報を正確に対応づけられない場合があります。特に、不可逆な反応や一度しか起こらない現象では、同じ条件で測り直すことができません。
新しく建設されたBL-11A, -11Bでは、1つの光源から硬Ｘ線と軟Ｘ線を取り出し、同じ試料に同時に照射することを可能にしました（2ビーム同時利用）。これにより、2種類のX線で同時に観測するプローブ-プローブ測定や、一方のX線で変化を起こしもう一方でその変化を観測するポンプ-プローブ測定が可能になりました。
今回、この新しいビームラインを使って、水の電気分解反応を繰り返す過程で触媒の状態が変化する様子を観察し、プローブ-プローブ測定の重要性を確認しました。また、硬X線の照射によって分解反応を起こす特殊な有機分子（ケージド化合物）では、その反応過程を軟X線で追跡することに成功し、ポンプ-プローブ測定の有効性を実証しました。
今後は、触媒反応や電池材料の研究、放射線が物質や生体分子に与える影響の解明など、幅広い分野への応用が期待されます。
BL-11A, -11Bは、世界に類を見ない量子マルチビーム利用ビームラインとして、国内外のさまざまな研究分野の発展に貢献することが期待されています。
この研究成果は、国際学術誌『Review of Scientific Instruments』に掲載されます。
詳しくは プレスリリース をご参照ください。
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