【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.02】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0003

利用課題名 / Title

サブミリ秒Ｘ線トモグラフィのためのX線光学素子の開発

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies

キーワード / Keywords

走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,燃料電池/ Fuel cell,未利用資源の有効利用技術/ Technologies for effective utilization of unused resources

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

矢代 航

所属名 / Affiliation

東北大学　国際放射光イノベーション・スマート研究センター

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

梁暁宇,上田亮介

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-201：DeepRIE装置#1
TU-057：レーザ描画装置
TU-051：ミカサ スピンコータ
TU-056：両面アライナ
TU-060：現像ドラフト

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

JST CREST「実材料ダイナミクス観察のための超次元CTの開発」（研究代表者：矢代航；R5.10～R11.3）などにおいて、試料を回転せずに、空間分解能10μm、時間分解能サブミリ秒のＸ線トモグラフィを実現する方法の開発を目指している。本課題では、サブミリ秒Ｘ線トモグラフィの実現を目的として、必要なＸ線光学素子部品を微細加工により作製し、放射光マルチビーム光学素子を開発した。

実験 / Experimental

3 GeV高輝度放射光施設NanoTerasuのマルチポールウィグラービームラインであるBL09Wにおいてマルチビーム光学系を構成するため、マルチビーム光学素子用の様々な結晶方位のSiブレードを切り出した。レーザ描画装置によりUVリソグラフィ用のマスクを作成し、200 μm厚のSi(100)あるいはSi(110)ウェハ表面にUVリソグラフィ（両面アライナ）によりパターニングを行った。このレジストパターンをマスクとして、Deep RIE装置により深掘りドライエッチングを行った。その後、Siブレードをくりぬいた。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig.1(a)にDeep RIE装置による深掘りエッチングにより切り出した単結晶などによって構成したマルチビーム光学系全体の写真を示す。各長方形のパターンが、3 GeV高輝度放射光施設NanoTerasuのマルチポールウィグラービームラインであるBL09Wにこのマルチビーム光学系を配置し、試料回転なしマルチビームX線トモグラフィ（Fig.1(b)）に成功した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

(a) Multibeam optical system for 4D X-ray tomography consisting of Si single crystal blades fabricated by deep RIE etching and (b) example of three-dimensional reconstruction of 50-μm-diameter tungsten wire obtained by multibeam optical system.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

第46回（2024年度）応用物理学会論文賞参考文献　W. Yashiro, W. Voegeli, T. Wada, H.Kato, K.Kajiwara, Jpn. J. Appl. Phys. 59, (2020) 092001. CREST（JST）　「超圧縮センシングによるミリ秒X線トモグラフィ法の開発」、CREST（JST）　「実材料ダイナミクス観察のための超次元CTの開発」共同研究者：東京学芸大学　Wolfgang Voegeli准教授、荒川悦雄教授、産業技術総合研究所　白澤徹郎主任研究員、筑波大学　工藤博幸教授

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Wataru YASHIRO, 4D X-Ray Tomography with Millisecond Temporal Resolution, Journal of the Japan Society for Precision Engineering, 90, 896-900(2024).
   DOI: 10.2493/jjspe.90.896
   
2. Wataru Yashiro, Proof-of-Concept of Millisecond-Order-Temporal-Resolution 4D X-ray Tomography with Multibeam X-ray Imaging System, 2024 Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR), , 1-3(2024).
   DOI: 10.1109/cleo-pr60912.2024.10676953
   
3. Hiroki Sumiishi, Multi-Projection Imaging of a Woodlouse with an Improved Multibeam X-Ray Optical System, 2024 Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR), , 1-4(2024).
   DOI: 10.1109/cleo-pr60912.2024.10676491
   
4. Ren Nasukawa, A Preliminary Analysis on 3D Shear Wave Elastography With Laboratory X-Ray Source, 2024 Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim (CLEO-PR), , 1-5(2024).
   DOI: 10.1109/cleo-pr60912.2024.10676847
   
5. Hayato Komatsu, Development of printed X-ray grating and its application to an imaging system, Japanese Journal of Applied Physics, 63, 040906(2024).
   DOI: 10.35848/1347-4065/ad33f4
   
6. Wolfgang Voegeli, Multibeam X-ray tomography optical system for narrow-energy-bandwidth synchrotron radiation, Applied Physics Express, 17, 032002(2024).
   DOI: 10.35848/1882-0786/ad2aff
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 矢代航，"圧縮センシングを活用した高速放射光CTの現状と将来展望", 日本顕微鏡学会顕微鏡計測インフォマティクス研究部会第六回研究会（仙台），令和6年12月20日
2. Wataru Yashiro, "Recent advances and future potential of synchrotron radiation X-ray imaging and tomography", 13th Asian Thermal Spray Conference (ATSC2024) (Sendai), 令和6年12月13日
3. 矢代航，"NanoTerasu BL09W概要とユースケース紹介"，東北大SRIS NanoTerasuセミナーシリーズ 第1回 NanoTerasuとインフラ（仙台）, 令和6年11月29日
4. 矢代航，"高輝度放射光によるX線イメージング", 日本非破壊検査協会秋季講演大会（仙台）, 令和6年11月7日
5. 矢代航，"4D放射光CTの最前線", 日本バイオマテリアル学会シンポジウム2024（仙台）, 令和6年10月28日
6. 矢代航, 梁暁宇, 亀沢知夏, 住石海希, "3 GeV高輝度放射光施設ナノテラスBL09WにおけるX線イメージング", 第85回応用物理学会秋季学術講演会（新潟）, 令和6年9月16日
7. 矢代航, "3 GeV高輝度放射光施設ナノテラスにおけるX線イメージング", 令和6年度 大学等における放射線安全管理研修会（東京）, 令和6年9月6日
8. 矢代航, "MEMS技術の量子ビーム光学素子への応用と3 GeV高輝度放射光施設NanoTerasuでの活用例", 第22回MEMS集中講義 in 仙台（仙台）, 令和6年8月22日
9. Wataru Yashiro, "Proof-of-Concept of Submillisecond-Temporal-Resolution 4D X-ray Tomography with Multibeam X-ray Imaging System", The 16th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO-PR 2024) (Incheon, Korea), 令和6年8月5日
10. 矢代航, "放射光を利用した時間分解能ミリ秒オーダーのＸ線CTの開発", 2024年度非破壊検査総合シンポジウム（東京）, 令和6年6月6日
11. 矢代航, 鎌田圭, 祖山均, 工藤博幸, "サブミリ秒～マイクロ秒時間分解能マルチビーム4DX線CTの開発へ向けて", 応用物理学会春季学術講演会（東京）, 令和6年3月23日
12. Wataru Yashiro, "Recent advances and future potential of millisecond 4D synchrotron tomography for materials science", 11TH KYOTO INTERNATIONAL FORUM FOR ENVIRONMENT AND ENERGY (KIFEE-11) (Shinjo), 令和6年3月23日
13. 矢代航, "X線位相コントラストイメージングによる繊維状構造の可視化", シンポジウム「ファイバステアリング技術実用化の課題」（東京）, 令和6年2月21日
14. 矢代航, "NanoTerasuのコアリションビームライン解説", 日本表面真空学会 東北・北海道支部 関東支部 合同セミナー（仙台）, 令和6年1月25日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件