放射光施設とは何か
SPring-8は大型放射光施設である。兵庫県の播磨科学公園都市に設置され、日本の材料科学研究の基盤装置の一つとして運用されている。
放射光とは、高エネルギー電子を加速し磁場で曲げたときに発生する電磁波のこと。X線領域の非常に強い光が得られる。この光を用いて物質の内部構造を解析する。
通常の研究室の装置と大きく違う点は、装置の規模と光の強度である。
研究室装置
・X線管
・出力は比較的小さい
・解析可能なスケールに限界
放射光
・電子加速器
・非常に高輝度
・ナノ構造まで観察可能
材料研究では、通常の顕微鏡では見えないレベルの構造を見ることができる。
ゴム、ポリマー、触媒、半導体、タンパク質など多くの分野で利用されている。
利用制度
SPring-8は研究設備として公開されているが、自由に入って使える装置ではない。課題制度で運用される。
研究テーマを提出し、審査を経て実験時間が配分される。
課題区分は大きく二つある。
成果公開課題
・利用料金なし
・研究成果を公開
・論文発表が前提
成果非公開課題
・企業利用が中心
・成果公開不要
・利用料金あり
企業利用の料金は概ね次の水準である。
・1シフト 約12時間
・利用料 約40万〜50万円
実際の実験は複数シフトを使うことが多い。
企業実験
・2〜4シフト
・費用 100万〜200万円程度
装置の種類やビームラインによって条件は異なる。
材料研究で何が見えるのか
放射光の特徴は「ナノスケールの構造情報」を得られる点にある。
代表的な測定手法
SAXS
・小角X線散乱
・ナノ粒子分散
・ポリマー構造
WAXS
・結晶構造
・高分子結晶
XAFS
・元素周辺構造
・触媒や金属状態
CT
・三次元内部構造
ゴム材料研究でも利用例がある。
観察対象
・シリカ分散
・フィラー凝集
・加硫反応
・ナノ構造
通常のSEMやTEMでは見えない構造情報を取得できる。
そのため大学や企業の基礎研究で利用されることが多い。
企業利用の現実
企業が単独で使うケースはそれほど多くない。
理由は次の通り。
・測定条件設計が難しい
・解析に専門知識が必要
・実験時間が限られる
実際には次の形が多い。
共同研究
・大学
・公的研究機関
測定代行
・研究機関
・専門グループ
企業は試料提供とテーマ設定を行い、研究機関が測定と解析を担当する構造になることが多い。
装置としての位置
SPring-8は研究装置というより「研究基盤」に近い。
通常の分析装置
・研究室
・企業内設備
放射光
・国家研究設備
・共同利用
材料科学の研究では、こうした大型設備が一定の役割を持つ。
ただし研究の主体は装置ではなく研究テーマである。
装置はあくまで測定手段として位置づけられている。