章 実験装置

分光実験を行うには、^X線を発生させる^X線ジェネレータ、^X線ジェネレータから結晶までを高真空で つなぐことができるビームライン、結晶と検出器を数秒角の誤差内で回転させることができる回転テーブ ルなど、かなり大がかりな実験システムが必要である。我々は常深研実験室の、^21mビームラインを中心 としたシステムで実験を行った。

本章では、分光実験に使用した実験装置の説明を行う。

4.1 実験装置概要

ビームラインの概略図を、図^4.1に示す。

µ m

35.2644

sin35.26 b=4µ m/

=6.928µm 4

TiK

(100)

(111)

TiKα

TiKα1 α 2

Si(100)

µ Ti 20 m

Filter Slit

µ m

CCD

X-Ray Generator Ti Target

X-Ray 235mm

θ θ

21m

Si Crystal -2 Table

100

図 ^4.1: 実験装置

実験で使用する^X線ビームには、理学電気株式会社の対陰極型^X線発生装置、^UltraX-18で発生させ た^X線を使用した。これは、陰極ターゲットに、高電圧で加速した熱電子を衝突させて^X線を発生させる 仕組みになっている。^X線発生装置からは、陰極ターゲット固有の特性^X線と、制動輻射による連続^X線 が発生する。今回は陰極ターゲットとして、^Agと^Tiを用いた。

ビームライン途中には、^X線発生装置による可視光を遮り、かつその吸収端により輝線を強調できるよ うな材質のフィルター⁽ターゲットが^Tiの時は厚さ^20mの^Ti、ターゲットが^Agの時は厚さ^1500Aの

Al)入れ、また入射^X線をスリットで約^100mに絞った。

スリットから下流は真空チャンバー内にあり、スリットから下流^200mmを回転軸とする²軸回転

(-2 )テーブルを設置した。その軸上を通るようにシリコンの薄膜結晶をステンレスホルダーで固定し^X-Y 駆動テーブルに乗せ、回転台に設置し^X線を照射した。そして²台の上、回転軸から^235mmのとこ ろに設けた^CCDカメラで反射^X線の像を取得した。

4.1.1 真空チャンバー内テーブル

真空チャンバー内には同軸の回転テーブルと回転アームからなる⁰²テーブルが設置してある。さら に、⁰²テーブル上には^X-Y駆動テーブルが設置してあり、その上に専用のホルダーに取り付けた結晶 を回転テーブルに固定し乗せる⁽図^4.2)。

結晶ホルダーはステンレス製で、サイズは^60mm295mmである。結晶の取り付け方は、まずホルダー の表面に厚さ^8mのポリプロピレンを張り、その上に結晶を載せ、結晶の上からもう一枚のポリプロピレ ンで挟む。ここで、できるだけポリプロピレンをぴんと張って、結晶を挟んだ時に結晶がゆがまないよう にしなければならない。図^4.2は真空チャンバー内の様子を示す。

θ−

φ

X-Y

テーブル テーブル

CCD

結晶

回転テーブル

2θ ^テーブル

図 ^4.2: チャンバー内テーブル

次に、回転テーブルを上から見た図を示す。

θ− テーブル 2θ−

Y X

回転テーブル

φ

結晶

CCD 21mビームライン

テーブル

図^4.3: 回転テーブルを上から見た図

21mビームラインと、^CCDの方向は矢印で示した通りである。したがって、図^4.3の状態では、^CCD は^21mビームラインの方向⁽ダイレクト^X線の方向⁾を向いており、結晶の表面⁽¹⁰⁰⁾がダイレクト^X線 に対して、ほぼ平行になっている。

回転テーブル、つまり結晶は、^-テーブルを回転させることによって、ビームに対して角度を変え ることができる。また、^CCDは^{2 -}テーブルを回転させることによって位置を変えることができる。

回転テーブルは、^X-Y駆動テーブルに乗っており、図中^X方向、^Y方向に移動させることができる。今 後、^-テーブルを回転させることを、を動かすと表現する。同様に、^2-テーブル回転させることを、

2を動かすと表現する。

0テーブル、^2-テーブルのの最小駆動角は¹秒角である。また、ステッピングモータ¹ドライバに よりパルスを送り駆動させるが、^-テーブルは正のパルスで時計周り、^{2 -}テーブルは負のパルスで時計 周りに回転する。^X-Y駆動テーブルの可動範囲は図中の^X方向⁽ダイレクト^X線に水平方向⁾、^Y方向⁽ダ イレクト^X線に垂直方向⁾にともに^50mmである。また、最小駆動距離は^1mである。回転テーブル の最小駆動角は^2.16秒角である。

4.1.2 回転テーブル

図^4.4に回転テーブルを真上から見た概略図を示す。図^4.3は、回転テーブルを幾分斜めから見た 図であるが、図^4.4を見る時に参考にできる。

結晶 ο

ビームライン

CCD

mm

mm

mm

mm

45

25.5 10 29.5 ^ο 70mm

4.5

3.678

図^4.4: 回転テーブルを真上から見た概略図

図^4.4は回転テーブルを上から見た図である。^X線を結晶の真中に入射する場合、入射角が^3:672 より小さい場合、もしくは回折角が^29:5より大きい場合は^X線が回転テーブルにより切られてしまう ので、別の結晶面を用いる必要がある。たとえば、^Si(111)を使用する場合、約^70:52はなれた位置にも う一つの⁽¹¹¹⁾面があるので、その面を使用すれば良い⁽図^4.5)。

000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000 000000000000000000000000

111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111 111111111111111111111111

111111111111111111111111 000 000 000 111 111 111

(111) 面