Tsukubaに到達する気塊は、

タクラマカン砂漠上空を 通過して来た。

HYSPLIT4 Model (Draxler and Rolph, 2003)

Aksu Qingdao

Tsukuba

タクラマカン 砂漠

1000 20003000 (m) 3000

1000 (m)5000

03/19 03/20 03/21 03/22

Al 基準の化学成分相対濃度比

➢ 各地域の起源が同じであることも確認

● 化学分析

採取期間→

dust storm観測

Kanai et al., 2005

79%

47%

粗粒成分 12%

92%

92%

細粒成分 19%

Tsukuba Qingdao

Akesu

▶石コウの割合

長距離輸送途上で、カルサイトが硫酸 と反応して石コウ化した。

Akesu

Qingdao Tsukuba

黄砂の輸送（Yamada et al., 2005）

タクラマカン砂漠

4.030 4.035 4.040 4.045 4.050 4.055 Energy (KeV)

Normalized absorption

Akesu細粒

石コウ

Qingdao細粒

石コウ カルサイト

Akesu粗粒

Qingdao粗粒 カルサイト 細粒成分0.65-1.1 m 粗粒成分4.7-7.0 m

〈黄砂期〉

Ca XANES （蛍光法）

小 大

石コウ ・・ 輸送途上で二次的に生成？

現地由来の石コウの混入？

CaCO₃+ H₂SO₄ + H₂O →CaSO₄・2H₂O+ CO₂

カルサイト 石コウ

①蛍光X線…蛍光法

入射X線

②オージェ電子…電子収量法

エアロゾル粒子

（~10 m）

蛍光法と電子収量法を用いることでエアロゾル粒子のバルクと 表面でのCa化学種の違いを明らかにできる。

エアロゾル粒子表面は他の物質との反応場であり、粒子表面の情報 はエアロゾル粒子表面で起こる化学反応を知る手掛かりとなる。

①蛍光法 （FL）： 数10 m

→バルクの情報

●分析深度

②電子収量法 (CEY)：

~0.1 m

→粒子表面の情報

XANES測定法 – 蛍光法（FL）と電子収量法（CEY）–

〈黄砂期〉

Akesu

Qingdao Tsukuba

黄砂の輸送（Yamada et al., 2005）

タクラマカン砂漠

100%

67%

17%

79%

47%

12%

Tsukuba Qingdao

Akesu

電子収量法（表面）

蛍光法（バルク）

▶石コウの割合

カルサイト粒子の表面に 石コウが存在している。

石コウ

カルサイト

4.030 4.035 4.040 4.045 4.050 4.055 Energy (KeV)

Normalized absorption

Akesu 蛍光法

石コウ 電子収量法

Qingdao蛍光法 電子収量法

カルサイト 粗粒成分 4.7-7.0 mm

電子収量法： 粒子表面に選択的な化学種

石コウ ・・ 黄砂の長距離輸送途上で 二次的に生成した

0 20 40 60 80 100

1 10

石コウの割合(mole %)

粒径 (m)

Aksu

表面

バルク

1 10

粒径 (m) 表面

バルク

Qingdao

•

Aksu、Qingdao、Tsukubaの順に石コウの割合は増加している。

•

QingdaoとTsukubaでは表面での石コウの割合が10-30%高くなる。

→石コウはカルサイト粒子の表面で硫酸と反応して生成された。

1 10

粒径 (m) 表面

バルク

Tsukuba

カルサイト タクラマカン砂漠の砂 石コウの割合：10~20%

カルサイト 石コウ

カルサイト

石コウ

石コウの割合の比較 （黄砂期）

Aksu 非黄砂期

1 10

0 20 40 60 80 100

粒径 (m)

石コウの割合(mole %)

表面

バルク

3

ほぼ石コウ化 カルサイト

石コウ 1-3 mの粒子

カルサイト 石コウ

3 m以上の粒子

カルサイトが存在 粒径によって中和の度合いが違う。

カルサイト粒子表面での石コウの生成

粒子表面から一定の深度（=0.5m） まで反応が 進行したと仮定し、粒子全体の石コウの割合を推定

反応深度：0.5 m ^{カルサイト}

石コウ 1 mの粒子

→ 石コウ100％

2 mの粒子

→ 石コウ80％

黄砂中のカルサイト表面で硫酸の中和が進行

Takahashi et al., Environ. Sci. Technol. (2009)

蛍光分光 XAFS 法

＊さらなるS/B比の向上

蛍光分光法の適用



多素子 SSD が適用できない系

→ 測定目的元素の蛍光以外のX線が支配的な試料

（混在元素からの蛍光X線、散乱X線が支配的な希薄・薄膜試料）

→SSDの計数限界のため、バックグラウンドX線で飽和

対象： 鉄隕石中のOsのXAFS 試料： 鉄隕石Negrillos 組成： Fe: 90.3 wt.%

Ni: 4.74 wt.%

Os：66 ppm

SSDによるエネルギースペクトル

→S/B比～1:10⁴

→Osの蛍光の検出困難

4 6 10^-48

2 4 6 10^-38

2 4 6 10^-28

Normalized flux

11 10 9 8 7 6

Energy (keV) Os Lα

Zn Kβ Cu Kβ Fe Kβ

Fe Kα

Cu Kα Ni Kα Zn Kα

Scattering

蛍光分光XAFS法

環境試料

放射光

透過法 蛍光法

半導体検出器

（エネルギー分解能有）

通常法

環境試料

放射光

蛍光分光XAFS法

分光結晶 分光前 + スリット

分光後 目的のXRF XRFスペクトル 高いエネルギー分解能 不要

高い収率が必要

Bragg型蛍光分光器 の配置

入射X線 試料

Bragg型蛍光分光器

単素子Ge-SSD 4象限スリット

試料

入射X線

BCLA 19素子Ge-SSD

位置調整ステージ

Laue型蛍光分光器 の配置

実験の様子 （BL37XU@SPring-8）

入射ビーム:

0.2 mm x 0.2 mm

Bragg型蛍光分光器

（宇留賀さん自作）

Bragg型とLaue型の比較

1次元平面ベント型

結晶表面: Si(100)、回折面: Si(400) 平均曲率半径: 200 mm、厚み 0.2 mm 入射光と反射光が結晶の同じ側 集光はしないが、擬似集光点がある 擬似集光点に4象限スリットを設置

→ バックグラウンドの低減 エネルギー分解能（計算値）: 30 eV

Laue型蛍光分光器

（Bent Crystal Laue Analyzer: BCLA）

結晶表面: Si(111)、回折面: Si(-111) 平均曲率半径: 130 mm、厚み 0.2 mm 受光面積が広い → 回折効率が高い 低エネルギー領域で結晶による吸収大

（Eu vs Mnの系では測定できず）

ソーラースリット（Mo）でBG除去 バックグラウンドの廻り込みの低減

→ 鉛板を追加設置

エネルギー分解能（計算値）: 80 eV

＊いずれの場合も、回折条 件の制約のため、ビームサ イズが小さいことが重要

蛍光分光後のエネルギースペクトル



Os Lαの蛍光分光



SSD併用の必要性

蛍光分光器からの“こぼれ”が大きい

→ S/B比向上のため、SSD必要 分光後の蛍光強度：10⁴cps (SSDが飽和しない低強度)

→ 蛍光収量を高めることが重要 ラウエタイプは、受光面が広いと

有効（＝ 多素子SSDが有効）

SSDのMCAスペクトル 積分強度を1に規格化 試料： 鉄隕石 Negrillos 組成： Fe: 90.3 wt.%

Ni: 4.74 wt.%

Os：66 ppm(目的元素）

1.0x10^-2

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Normalized flux

11 10 9 8 7 6

Energy (keV) Os Lα Zn Kα

Zn Kβ Ni Kα

Cu Kα Cu Kβ Fe Kα

Fe Kβ

Scattering No analyzer Bragg analyzer Laue analyzer

鉄隕石(Negrillos)中のOs



単素子SSDによる計測

^

19 素子 SSD の併用

7 6 5 4 3 2 1 0

t

10.91 10.90 10.89 10.88 10.87 10.86 10.85

Energy (keV)

No analyzer + 1-SSD Bragg analyzer + 1-SSD Laue analyzer + 1-SSD Laue analyzer + 19-SSD 2.2

2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0

t

10.92 10.90

10.88 10.86

Energy (keV)

No analyser Bragg analyzer Laue analyzer

Os L₃-edge XANES (Negrillos) Base lineを1に規格化

S/B比: 蛍光分光法により、向上：

0.0086 →0.55 (Bragg）、0.35 (Laue) S/N比: BraggとLaue型は同程度：

蛍光分光法により、4.5倍向上

t=1に規格化したXANES Laue型＋19素子SSD：

→ 受光面積が広く有効

S/B比はBragg型が良いが、

S/N比はLaue型+多素子SSDが良い。

Takahashi et al., Anal. Chim. Acta (2006)

•鉄隕石中： Osはmetallicな状態

＊核-マントル間の元素分配に関連

ウランの環境挙動 ウランの環境挙動

・放射性廃棄物の地層処分の安全性評価

・放射性廃棄物の地層処分の安全性評価 (Brookins, 1984)

・劣化ウラン弾の健康被害

・劣化ウラン弾の健康被害 (Bleise et al., 2003)

天然環境中のウランの挙動を明らかにすることは重要 天然環境中のウランの挙動を明らかにすることは重要

ウランの挙動は

ウランの挙動は酸化還元状態 酸化還元状態に強く支配されている に強く支配されている

・ ・ U(IV): U(IV): 溶けにくい 溶けにくい

・ ・ U(VI): U(VI): 溶けやすい 溶けやすい

ウランの ウランの 酸化状態を知ることはウランの挙動を予測する上で重要 酸化状態 を知ることはウランの挙動を予測する上で重要

易動性 小 小 大大

ウランの環境挙動

低ウラン濃度の天然試料について XAFS の研究例はほとんどない

(100 mg/kg以下)

これまでの研究

・実験室内での合成試料

・ウラン鉱床、高濃度汚染地域試料 (U 濃度：数百 mg/kg 以上 )

地殻中の典型的なウラン濃度

0.3-11.7 mg/kg (UNSCEAR, 1993)

天然試料中の低濃度ウラン（＜100 ppm）の 高感度XANES測定を行う

天然試料中のウラン

13.0 13.5 14.0 14.5

Intensity x 10

Energy (keV) 分光結晶あり

Rb K

U L₁

Sr K

Br334(花崗岩): U = 22.1 mg/kg, Rb = 153 mg/kg

13.0 13.5 14.0 14.5

Intensity

Energy (keV) 分光結晶あり 分光結晶なし

Rb K

U L1 Sr K

分光結晶の使用によりU L

1

線の相対強度は上昇

→ U 蛍光 X 線は選択的に抽出されている

検出器(19素子SSD)

試料 光源

検出器 (19素子SSD) 試料 分光結晶

光源

スリット

XRFスペクトル

17.12 17.16 17.20

Energy (keV)

Normalized absorption

Br335

Br335 Uranyl nitrate

U(VI) U(IV)

U = 3.48 mg/kg

分光結晶使用によるスペクトルの変化

･ノイズの低減より、スペクトルのクオリティは 格段に向上

酸化状態の決定

･

U(IV)とU(VI)でエネルギーが3.75-4.2 eV変化

•

吸収端位置で酸化状態が決定可能

(Bertsch et al., 1994)

分光結晶あり 分光結晶あり

分光結晶なし 分光結晶なし

XANESスペクトル

ドキュメント内 Microsoft PowerPoint - 蛍光XAFS_高橋_FFF (ページ 40-49)