Volume 27（2022）
1. 最近の研究から／FROM LATEST RESEARCH
愛媛大学 地球深部ダイナミクス研究センター Geodynamics Research Center, Ehime University
- Abstract
- SiO2は地球に最もありふれた物質の一つであり、その液体・ガラスの構造と特性の理解は、地球内部におけるマグマの理解から、我々の日常で利用するガラス材料の理解など、様々な科学・技術分野において重要視されている。特に、SiO2液体・ガラスは圧力下において異常な密度変化や圧縮率変化をすることが知られており、そのようなSiO2の特異な物性のメカニズムを理解することは、物理学、地球科学、材料科学などの幅広い学術分野における重要課題である。本研究では、SPring-8のBL05XU、BL37XUビームラインにおける高強度の高エネルギーX線を活用することにより、高圧その場環境下において精確にSiO2ガラスの構造を測定する手法を開発した。そして、得られた実験結果と逆モンテカルロ解析、分子動力学シミュレーションを組み合わせることにより、SiO2ガラスにおける四面体構造の存在とその高圧下における崩壊を実験的に捉えることに成功した。
（国）理化学研究所 放射光科学研究センター RIKEN SPring-8 Center
- Abstract
- X線自由電子レーザー（XFEL）の可能性を広げるために、我々はSACLAにおいてセルフシードXFELや2色ダブルパルスXFELなどの新しい運転モードの開発やその応用研究に取り組んできた。本稿では、これらのユニークな運転モードの原理や光特性、および高強度X線科学への応用について紹介する。
自然科学研究機構 分子科学研究所 協奏分子システム研究センター Research Center of Integrative Molecular Systems, Institute for Molecular Science
- Abstract
- シアノバクテリアの概日時計は、時計タンパク質KaiA、KaiB、KaiCによって構成される。ペースメーカーとして働くKaiCは、N末端側のC1ドメインにてATP加水分解反応を触媒して時計システム全体のペースを決定し、C末端側のC2ドメインではリン酸化・脱リン酸化によりサイクル反応を進行させる。C1ドメインとC2ドメインの間には、密接な連携メカニズムが存在すると長年考えられてきたが、リン酸化サイクル反応におけるC2ドメインの構造変化の全容が解明されていなかったために、その仕組みは明らかになっていなかった。
SPring-8において構築したKaiC結晶構造ライブラリーに基づき、リン酸化サイクル反応全体を原子分解能で可視化することによって、リン酸化部位の状態に依存して二次構造が転移するスイッチ機構を見出した。このリン酸化スイッチ機構は、C1ドメインのATP加水分解反応によって生じる構造変化と連携していた。この2つのドメインにまたがって、それぞれのサイクル反応を統合するアロステリックな分子構造変化は、「概日周期をもった振動性」をはじめとする概日時計の機能に必須であった。
[1]九州大学 工学研究院 機械工学部門 Faculty of Engineering, Kyushu University、[2]京都大学 工学研究科 材料工学専攻 Faculty of Engineering, Kyoto University、[3]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 散乱･イメージング推進室 Scattering and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[4]岩手大学 理工学部 物理・材料理工学科 Faculty of Science and Engineering, Iwate University
[1]広島大学 大学院先進理工系科学研究科 Graduate School of Advanced Science and Engineering Hiroshima University、[2]大阪公立大学 大学院理学研究科 Department of Physics, Graduate School of Science, Osaka Metropolitan University、[3]筑波大学 数理物質系物理学域 Department of Physics, Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba
[1]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 International Center for Synchrotron Radiation Innovation Smart, Tohoku University、[2]住友ゴム工業株式会社 研究開発本部 分析センター Chemical Analysis Center, Research & Development HQ., Sumitomo Rubber Industries, Ltd.、[3]（公財）高輝度光科学研究センター 情報技術推進室 Information-Technology Promotion Division, JASRI、[4]（公財）高輝度光科学研究センター ビームライン技術推進室 Beamline Division, JASRI、[5]（国）理化学研究所 放射光科学研究センター 次世代検出器開発チーム Advanced Detector Development Team, RIKEN SPring-8 Center、[6]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光推進室 Spectroscopy Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
- Abstract
- 本研究課題では、SPring-8 BL27SUにおいてテンダーX線タイコグラフィ計測の基盤技術の開発に取り組んだ。装置恒温化、ピンホールの精密加工、画像検出器SOPHIAS-Lの導入、照明光学系の改良など様々な技術開発を行うことで計測精度が向上し、テンダーX線タイコグラフィ計測システムを世界で初めて確立することに成功した。また、同計測システムを用いてTaテストチャートの測定を実施することで、幅50 nmの構造を観察できることを示した。さらに、硫黄（S）のK端近傍において、硫黄変性ポリブチルメタクリレート粒子を測定することで、粒子内の硫黄化学状態を非破壊で可視化することに成功した。今後、開発したテンダーX線タイコグラフィ計測システムを活用した様々な応用研究への展開が期待される。
Department of Materials Science and Engineering, University of Maryland
- Abstract
- 細胞膜の基本構造である脂質二重膜の運動性は様々な生物学的機能の発現に重要である。多様な膜の運動性のうち膜内での輸送係数は脂質やタンパク質などの膜構成成分の再配置に直接関係する。これら輸送係数のうち運動量輸送に関わる粘性係数の研究はまだあまり多くない。脂質二重膜は僅か二分子が形成する5 nm程度の厚みを有する二次元膜であり、膜の粘性係数を測定することはそれ自体が本質的に難しい。本研究では放射光によって誘起された共鳴ガンマ線を利用したメスバウアー時間領域干渉計法と中性子スピンエコー法を相補利用することにより脂質分子の構造緩和運動を観測し、その緩和時間と膜の粘性係数を実験的に直接関連づけた。
東京大学大学院 理学系研究科 Graduate School of Science, The University of Tokyo
- Abstract
- 原核生物のもつCRISPR-Cas機構に由来する様々なCasタンパク質は、ガイドRNAと相補的な核酸を特異的に切断する。この性質を利用したものとしてCas9の2本鎖DNA切断によるゲノム編集が挙げられるが、近年ではCas13によるコロナウイルスの高感度・高速検出技術が開発されるなど[1][1] H. Shinoda et al.: Commun. Biol. 4 (2021) 476.、その応用範囲を拡大している。本長期課題では応用的に重要視されているCRISPR-Cas酵素の結晶構造を決定し、そのRNA依存性核酸切断機構を明らかにすることに成功した。
[1]立命館大学 総合科学技術研究機構 Research Organization of Science and Technology, Ritsumeikan University、[2]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 散乱・イメージング推進室 Scattering and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[3]東北大学 高度教養教育・学生支援機構 Institute for Excellence in Higher Education, Tohoku University
- Abstract
- 本課題では、非破壊分析である複数のX線CT手法を、サンプルサイズを考慮して効率的に用いることにより、はやぶさ2サンプル粒子の初期分析とそれに先立つ準備を行い、当初想定した成果をあげることができた。これにより、小惑星リュウグウの物質は、観測から予想されていた炭素質コンドライトの中でもCIグループあるいはその類似物質であることが明らかとなった。また、水（正確にはCO2–H2O流体）が小惑星に存在することを初めて示すとともに、リュウグウ母天体の形成領域（太陽系外側の低温領域）を特定し、このような流体による水質変成プロセスの具体的なモデルを作業仮説として提唱した。さらに、最も重要な物理量のひとつである密度を、X線CTを用いて正確に求めることができた。本分析は、破壊分析に先駆けて実施され、その後の様々な分析が効率的に行われた。
[1]（国）理化学研究所 放射光科学研究センター 物質ダイナミクスグループ Materials Dynamics Laboratory, RIKEN SPring-8 Center、[2]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 精密分光推進室 Precision Spectroscopy Division, CSRR, JASRI
- Abstract
- We describe how improvements in methodology and instrumentation for meV-resolved inelastic x-ray scattering (IXS), coupled with a fresh examination of older theory, allow identification of interaction between the quasi-elastic and acoustic phonon modes in liquid water. This helps explain a decades old controversy about the appearance of additional modes in water spectra, and provides a strong base from which to discuss new phenomena in liquids on the mesoscale.
関西学院大学 工学部 School of Engineering, Kwansei Gakuin University
- Abstract
- SPRUC分野融合型研究（実用）グループを母体とし、新分野創成利用課題「固液界面構造解明と可視化および構成物質間のダイナミクス」（2016B−2018A）で構築した分野融合型研究をさらに推進するために新分野創成利用課題「固液界面構造解明と可視化および溶媒溶質相関」（2018B−2020A）を実施した。固液界面をサイエンスの核とし、実用に直結している腐食とメッキを個別テーマとして、「課題」、「計測」、「素過程」、「理論」の役割を担うチームを融合することで研究を推進した。実用課題の理解としては、腐食やメッキの反応過程のモデル化に成功した。また、分野融合によって新たに形成される研究グループの組織化としてSPRUC研究会「固液界面研究会」を設置し、今後の研究推進母体を創成した。
[1]筑波大学 数理物質系 Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba、[2]広島大学 大学院先進理工系科学研究科 Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University、[3]オーフス大学 化学科 Department of Chemistry, Aarhus University
- Abstract
- 本長期利用課題は、これまでにパートナーユーザー（PU）としてSPring-8 BL02B1で単結晶構造解析、時分割実験、高圧実験を進めてきた研究グループが、2018年度から納入されたCdTe-PILATUS検出器と大型湾曲IPカメラの両者を効率的に利用し、構造研究の成果を上げつつ利用方法を各方面で高度化することを目的とした。利用研究としては、精密電子密度計測、時分割測定、高圧構造物性研究に加えて3次元差分二体分布関数測定を行うこととした。期間中、Heガスの供給に関する問題とコロナ禍により当初の計画とはかなり異なった形での課題実施となったが、得られた成果を中心に述べる。
[1]阪本薬品工業（株） 研究所 Research & Development Center, Sakamoto Yakuhin Kogyo Co., Ltd.、[2]（公財）名古屋産業科学研究所 研究部 Department of Research, Nagoya Industrial Science Research Institute
- Abstract
- 代表的な保湿剤のグリセリンは保湿効果に優れるが、実際の皮膚への作用メカニズムは解明されていない。本研究では、ヒト角層に保湿剤を作用し乾燥時の構造変化をX線構造解析法にて評価した。構造の動的振舞いを30秒ごとに追跡することで、角層中の僅か0.1％程度の構造変化が評価可能となり、保湿剤の分子レベルでの作用メカニズムが明らかとなった。その結果、グリセリンが角層中の角層細胞に入りソフトケラチン構造に作用し水を蓄える機能を高め、また細胞間脂質の炭化水素鎖の充填構造を安定化し水分量を制御する機能を高めることを見出した。これまでグリセリンの保湿機序は、脂質モデル系の実験から液晶状態が誘起されることが因子とされていたが、これとは異なる機序であることを明らかにした。また、ジグリセリンは細胞間脂質の安定化に強く作用するため、グリセリン／ジグリセリン混合系が保湿能をさらに高めることが分かった。
（国）量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学部門 Quantum Beam Science Research Directorate, National Institutes for Quantum Science and Technology
- Abstract
- エネルギー保障と地球温暖化の問題を同時に克服する切り札として水素エネルギーの利用が期待されているが、常温常圧で気体の水素は体積あたりのエネルギー密度が低いという課題があり、効率的な水素貯蔵技術の開発が求められている。筆者らは原子状固体で水素を蓄える水素吸蔵合金に着目し、従来の探索指針の枠を超えて高温高圧下での新規材料探索を進めてきた。最近、SPring-8の高輝度放射光X線を用いた高温高圧その場観察技術を使うことで、アルミニウムと鉄という低コスト金属の組み合わせからなる合金が水素化物を形成すること、および、得られた水素化物が熱力学的には水素を常圧付近でも吸蔵する可能性を有していることを見出したので報告する。
2. ビームライン／BEAMLINES
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 構造生物学推進室 Structural Biology Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
- Abstract
- タンパク質結晶構造解析では、世界中で回折データ収集の自動化が進められている。SPring-8構造生物学ビームラインにおいても自動測定の開発が進んでおり、BL32XUにおいて開発されたZOOシステムによる自動測定は、結晶の形状や数により、（1）ループ内の複数結晶からsmall-wedge（10°程度）のデータを測定する「small-wedge synchrotron crystallography（SWSX）」、（2）結晶への照射位置を移動しながら測定する「Helical」（3）単点露光データ収集「Single」の測定などを選択できる。凍結した単結晶からのデータ収集においては、吸収線量と放射線損傷、得られるデータ精度の議論が多くなされて、ある程度コンセンサスができつつある。しかし、複数のタンパク質の微小結晶から得られたsmall-wedgeデータをマージして完全データを得るSWSXでは、X線の吸収線量をどの程度まで制限すれば高精度な解析ができるか系統的な調査報告がなかった。そのため我々は、SWXS測定における高精度、高効率なデータ取得の最適な吸収線量の条件を調査し、マージによる吸収線量の平均化の効果を明らかにすることができた。さらに、シグナル量と放射線損傷の効果の低減のバランスが重要であることを示し、特に位相決定などの高精度データを必要とする場合には、1結晶あたり吸収線量5 MGyでの測定を提案できた。
[1]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 回折・散乱推進室 Diffraction and Scattering Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[2]近畿大学 理工学部 理学科 化学コース Department of Science, Faculty of Science and Engineering, Kindai University
- Abstract
- SPring-8単結晶構造解析ビームラインBL02B1では、高エネルギーX線を活かした電子密度レベルの精密構造解析が可能である。BL02B1では、大量の試料を高速に測定するハイスループット測定の需要が高まっており、単結晶構造解析測定の全自動化に向けて開発を進めている。多種多様な試料や実験条件に対応するため、試料環境や試料形状に依存しない自動測定システムの開発に取り組んでいる。測定の全自動化のためには、①試料の搬送と回折計への取り付け、②回折計の回転中心への単結晶試料の位置調整、③回折計の自動制御の3つを行うためのプログラムがそれぞれ必要となる。本稿ではこれら3つについての開発の現状について紹介する。
（公財）高輝度光科学研究センター ビームライン技術推進室 Beamline Division, JASRI
- Abstract
- SPring-8の大きな特徴の一つである100 keV前後の高エネルギーX線は、物質の透過能が高く金属内部の観察など利用分野は多様である。分光にあたり結晶では高次の反射面を用いることになり、エネルギー幅が必要以上に狭くなりすぎフラックス低下が課題である。エネルギー幅を結晶と比べ2桁以上広く設計可能な多層膜素子を用いた多層膜分光器は、試料を明るく照明可能な分光手段である。一方、高エネルギーX線用多層膜分光器をビームラインに導入するには、分光器の大きさや多層膜素子の精度などいくつかの考慮すべき技術課題がある。本稿では多層膜分光器の設計例を示し、最近、利用可能となった偏向電磁石ビームラインBL20B2とアンジュレータビームラインBL05XUにおける多層膜分光器の導入例を紹介する。
[1]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 産業利用・産学連携推進室 Industrial Application and Partnership Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[2]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光推進室 Spectroscopy Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 散乱・イメージング推進室 Scattering and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
SPring-8夏の学校実行委員会 委員長 SPring-8 Summer School Executive Committee, Chair
[1]（公財）高輝度光科学研究センター XFEL利用研究推進室 XFEL Utilization Division, JASRI、[2]（国）理化学研究所 放射光科学研究センター RIKEN SPring-8 Center
- Abstract
- マイクロメートル～サブマイクロメートル領域の空間分解能を持つレンズ結像型の間接変換X線画像検出器の開発状況について概説する。近年、本撮像方式の課題であったシンチレータ内で生じる光拡散による解像性能低下は、光学ガラス級の光学品質を備えた薄膜シンチレータを用いることで大きく改善された。これにより、顕微鏡光学系が本来持つ回折限界に近い解像性能を得るに至っている。一方で、X線CTや、小片化できない試料、または動的に変化する大型の試料の撮像等のアプリケーションにおいては、空間分解能だけでなく試料全体を同時に撮像できる広い視野サイズが求められる。以上を踏まえ、SPring-8において透過X線を等倍撮像する条件の下、近回折限界性能を保持しつつX線ビームサイズと同程度の数mm～数10 mmまで視野を拡張し、供用することを計画している。
（公財）高輝度光科学研究センター 加速器部門 Accelerator Division, JASRI
- Abstract
- SPring-8蓄積リングには、高速キッカーシステムを搭載した偏光スイッチング型アンジュレータと呼ばれる挿入光源が実装されている。この偏光スイッチングのためのキッカー駆動が、蓄積リングの電子ビーム軌道に周期的な摂動を与え、その結果、光源の安定度が劣化してユーザー実験の支障となっていた。この問題を解決するために加速器グループでは、順応型フィードフォーワード制御（Adaptive Feedforward Control）による新たな軌道補正システムを導入した。これにより、キッカーの駆動を実験ユーザーが気付かないレベルにまで、軌道の安定状態を保持することができるようになった。本稿では、この新しい軌道補正システムの概要を紹介する。
（国）理化学研究所 放射光科学研究センター XFEL研究開発部門 XFEL Research and Development Division, RIKEN SPring-8 Center
- Abstract
- SPring-8では、SACLA線型加速器から蓄積リングへのビーム入射を2020年9月より本格的に開始した。将来のSPring-8-II計画を見据えた時、従来の入射器である8 GeVシンクロトロンはエミッタンスが200 nm-radと大きく、入射ビームアクセプタンスが小さいSPring-8-IIには対応できない。またXFEL運転と並行してSACLAからビーム入射を行うことで、老朽化が進む専用入射器にかかっていた設備更新費用や運転経費、電力消費を削減することができる。そこでSPring-8-IIに先駆けて、SACLAの低エミッタンスビームを現状のSPring-8蓄積リングへ入射するシステムを構築し、ビーム入射を実現した。本稿では、SACLAからSPring-8蓄積リングへのビーム入射の概要を紹介する。
3. 研究会等報告／WORKSHOP AND COMMITTEE REPORT
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 精密分光推進室 Precision Spectroscopy Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 産業利用・産学連携推進室 Industrial Application and Partnership Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）行事幹事（秋の学校担当）／（国）日本原子力研究開発機構 物質科学研究センター Materials Sciences Research Center, Japan Atomic Energy Agency
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）行事幹事／近畿大学 理工学部 理学科 化学コース Department of Science, Faculty of Science and Engineering, Kindai University
[1]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 回折・散乱推進室 Diffraction and Scattering Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[2]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 産業利用・産学連携推進室 Industrial Application and Partnership Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 散乱・イメージング推進室 Scattering and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
[1]（国）理化学研究所 放射光科学研究センター RIKEN SPring-8 Center、[2]（公財）高輝度光科学研究センター XFEL利用研究推進室／（国）理化学研究所 放射光科学研究センター XFEL Utilization Division, JASRI / RIKEN SPring-8 Center
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 構造生物学推進室 Structural Biology Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター XFEL利用研究推進室 XFEL Utilization Division, JASRI
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）行事幹事／筑波大学 数理物質系 Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba
[1]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 散乱・イメージング推進室 Scattering and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[2]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光推進室 Spectroscopy Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[3]（公財）高輝度光科学研究センター ビームライン技術推進室 Beamline Division, JASRI、[4]（公財）高輝度光科学研究センター XFEL利用研究推進室 XFEL Utilization Division, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 回折・散乱推進室 Diffraction and Scattering Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
[1]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[2]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 回折・散乱推進室 Diffraction and Scattering Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[3]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 精密分光推進室 Precision Spectroscopy Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[4]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光推進室 Spectroscopy Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）行事幹事（秋の学校担当）／（国）日本原子力研究開発機構 物質科学研究センター Materials Sciences Research Center, Japan Atomic Energy Agency
フロンティアソフトマター開発専用ビームライン産学連合体 Advanced Softmaterial Beamline (FSBL)
4. SPring-8/SACLA通信／SPring-8/SACLA COMMUNICATIONS
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 回折・散乱推進室 Diffraction and Scattering Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）会長／筑波大学 数理物質系物理学域 エネルギー物質科学研究センター Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 産業利用・産学連携推進室 Industrial Application and Partnership Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
5. 談話室・ユーザー便り／USER LOUNGE・LETTERS FROM USERS
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）会長／筑波大学 数理物質系 エネルギー物質科学研究センター Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）会長／広島大学 大学院先進理工系科学研究科 Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University
