イオン加速器とマルチスケール材料評価装置群による産業支援

設備の紹介

複合ビーム材料照射装置(DuET):2基のMV級イオン加速器と高性能照射ステーション

装置概要

DuET (Dual-Beam Facility for Energy Science and Technology)施設は、将来の基盤エネルギーシステム開発に関わる基礎研究を目的として、 京都大学エネルギー理工学研究所附属エネルギー複合機構研究センターの基幹実験装置(高度エネルギー機能変換実験装置)の一部として開発された、MV級加速器を中心とする設備です。1.7MVタンデム加速器と1MVシングルエンド加速器の二基の加速器を基幹とし、照射ターゲットの試料に対して両加速器からのイオンビームの同時照射も可能な材料照射施設となっています。

タンデム加速器のスパッタイオン源は様々なイオン種に対応可能であり、例えば鉄鋼材料研究に必要とされるFeイオンビームを十分に引き出して研究実績を蓄積している世界でも数少ない装置となります。照射温度に関しては冷却用ヘリウムクライオスタットと二種類の加熱ヒーターを利用することでマイナス268℃から1600℃までの照射温度域をカバーしており、この点でも世界で最も優れている装置です。

DuETの名称は、2台の主加速器からのイオンビームの交差点において複合ビームと固体材料の相互作用に関する実験を行うという、本設備の特徴を表現するものとして命名しました。また、核融合炉材料やプラズマ・固体相互作用などの核融合工学研究と、将来の多様なエネルギーシステムへの応用を目指した機能・構造材料開発研究の調和した発展を担うべく願いが込められています。

 

DuET

マルチスケール材料評価基盤設備(MUSTER):最新型電子顕微鏡を中心とする材料評価装置群

装置概要

MUSTER (Multi-Scale Testing and Evaluation Research)施設は、 DuET施設と相補的な関係を有しており、先進材料を対象に、サブナノスケールから実用寸法のレベルまで連続的にマルチスケールで、化学組成、構造組成、 強度特性の評価を行うことが可能な研究施設です。また、これらの研究の基盤をなすものとして先進的な材料プロセス開発施設も含まれています。
MUSTERのなかでも電子顕微鏡群は最新鋭の装置が利用可能で、フィールドエミッション分析透過電子顕微鏡を含む2台の透過電子顕微鏡、多様な走査電子顕微鏡、原子間力顕微鏡などの観察装置、および2台の集束イオンビーム(FIB)装置、薄膜仕上げ装置(Gentle-mill, Nano-mill)などの試料加工装置も併せて1カ所に設置されています。これだけの装置が一堂に会する研究施設は珍しく、効率的な実験が可能で使用頻度も高く、常にノウハウの蓄積や装置やソフトウェアのアップデートを行っています。ナノスケールの世界の観察だけにとどまらず、観察している微小領域の化学分析・構造解析も同時に行えることが特徴です。


強度評価機器も研究グループの伝統的に得意とする分野であり、万能試験機、ナノインデンター装置、硬さ試験機など、概ね導入10年以内の新型がこれも一カ所に集まっています。微小試験片や新しい試験法などの技術的な知見も長きにわたって蓄積されてきており、超高温などの過酷環境での試験が可能なことも特徴です。

核磁気共鳴装置は、超高感度検出器を装着した600 MHz NMR装置です。バイオマス、機能性核酸、タンパク質の化学構造、立体構造、ダイナミクス、相互作用を、分子・原子レベルの分解能で分析・決定する事ができます。バイオマスに特有の試料調製手法からスペクトルの測定・解析に至るまでを網羅した総合パッケージとして装置環境を提供する日本唯一の共用施設です。

KU-FELは、小型の中赤外自由電子レーザです。自由電子レーザとはレーザ発振に用いる電子のエネルギーとアンジュレータと呼ばれる磁石列の間隔を変える事により、波長が連続的に変えられるレーザです。使用可能な中赤外の波長・エネルギー領域にはたくさんの分子の振動エネルギーや原子・分子の格子振動エネルギーが存在しており、材料分析に有用です。下右図の様にレーザ光照射時に発生する発光を分光計測し、材料分析を行う事も可能です。

京都大学エネルギー理工学研究所のエネルギー材料研究者は常にDuET/MUSTER施設を利用していて学術的・技術的バックグラウンドを確立しており、産業界からの利用者に対する十分な技術的サポートと世界最先端の学術情報の提供を行う体制を整えています。

MUSTER装置リスト(仮) ※詳細についてはエネルギー産業利用推進室まで

No.装置名製造者、型式主な仕様;付属装置
A群:材料組織・構造評価装置
A1)電子顕微鏡
A1-1 電界放出型透過電子顕微鏡(FE-TEM) JEOL JEM-2200FS 点分解能0.19nm;EDS,オメガフィルター
A1-2 透過電子顕微鏡(TEM) JEOL JEM-2010 ハイビジョンカメラ、高温観察ホルダー
A1-3 低加速電圧電界放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM) Zeiss Ultra 55 0.1kV-30kV, 高感度インレンズ2次電子検出器,EBSD
A1-4 電界放出型電子プローブアナライザー(FE-EPMA) JEOL JXA-8500F 最小プローブ40nm(10kV、1×10-8A),軟X線装置
A1-5 電界放出型オージェマイクロプローブ(FE-AES) JEOL JAMP-9500F 最小プローブ8nm(25kV, 1×10-9A)
A1-6 低真空型走査電子顕微鏡(LV-SEM) JEOL JSM-5600LV EDS
A1-7 3Dリアルサーフェスビュー顕微鏡(SEM) キーエンス VE-9800 8nm; x5-x100,000
A2)電子顕微鏡等試料作製支援装置
A2-1 複合イオンビーム加工観察装置(Dual-FIB) JEOL JIB-4500 0.5pA-1μA; OMNIPROBE
A2-2 集束イオンビーム加工装置(FIB) Hitachi FB2200 マイクロピックアプシステム
A2-3 FIB後処理用イオンミリング装置(Nano Mill) Fischione Instruments Model 1040
A2-4 低エネルギーイオンミリング装置(Gentle Mill) TECHNOORG LINDA  
A2-5 断面試料作製装置(CP) JEOL SM-09010  
A2-6 カーボン蒸着装置(Auto Carbon Coater) JEOL JEC-560  
A2-7 スパッタコーティング装置(Auto Fine Coater) JEOL JFC-1600  
A2-8 ツインジェット電解研磨装置(TenuPol 5) 丸本ストルアス Tenupol-5
A2-9 ツインジェット電解研磨装置(TenuPol-3) 丸本ストルアス Tenupol-3
A2-10 シングルジェット電解研磨装置 メイワフォーシス㈱ SBT550D
A2-11 プラズマエッチャー・クリーナー メイワフォーシス㈱ PC2000
A2-12 自動熱間樹脂埋込装置(ProntPress-10) 丸本ストルアス ProntPress-10
A2-13 熱間樹脂埋込装置(Simplimet) Simplimet  
A2-14 精密低速切断装置(Isomet) Buehler, Isomet  
A2-15 低速切断装置(マイクロカッター) マルトー, MC201  
A2-16 回転研磨装置(ラボポール+ラボフォース) 丸本ストルアス ラボポール+ラボフォース
A2-17 回転研磨装置(ラボポール) 丸本ストルアス ラボポール
A2-18 ディンプルグラインダ Gatan, Model 656  
A2-19 精密平面研磨機(ハンディラップ) HLA-2  
A2-20 断面試料作製装置 Leica EM-TXP  
A2-21 真空ガラス封入装置 自作、ARUMIK-1  
A2-22 小型プレス打抜機 自作、ADOT-1  
A2-23 オートマティック・ダイシングソー ディスコ  DAD522
A2-24 平面研削盤 黒田精工 GS-BHFL
A2-25 ミニ研磨機(ミニトム)    
A2-26 振動研磨機 自作:ADOT-1  
A2-29 ダイヤモンド研磨機    
A3)その他
A3-1 回転対陰極型X線回折装置(XRD) リガク:TTR-III  
A3-2 レーザー散乱回折粒度分布測定装置 ベックマンコールター  
A3-3 走査型プローブ顕微鏡(SPM) Hitachi Nanocute  
A3-4 原子間力顕微鏡(AFM) キーエンス:VN8000  
A3-5 デジタルビデオマイクロスコープ キーエンス  
A3-6 干渉型表面形状精密測定装置(Micro Map)    
A3-7 金属組織顕微鏡(OM) オリンパス:BX-51RF  
A3-8 金属組織顕微鏡(OM) オリンパス:DP-12  
A3-9 昇温脱離測定装置(TDS) サーモ理工 調整中
A3-10 熱分析装置(DSC、TG-DTA) リガク  
A3-11 全自動レーザーフラッシュ法熱定数測定装置 ㈱アルバック理工  TC-7000
A3-12 電気抵抗率測定装置 理研社:K705RS, K503RB  
A3-13 SV型粘度計 アズワン  
A3-14 超精密天秤(ザルトリウス天秤)    
       
B群:材料強度・環境特性評価装置
B1)ナノ・メゾスケール強度評価装置
B1-1 連続剛性測定型超微小硬度深さ分布評価装置 東陽テクニカ Nano Indenter G200
B1-2 超微小押し込み硬さ試験機 エリオニクス ENT-1100a
B1-3 微小硬さ試験機 アカシ:MZT-3  
B1-4 半自動マイクロビッカース硬さ試験機 アカシ:HM-103-HH  
B1-5 硬さ試験機 アカシ:HM-101  
B2)マクロスケール強度評価装置
B2-1 破壊靱性試験機(Instron 8562) インストロンジャパン 8562
B2-2 デジタル疲労試験機(Instron 8861S) インストロンジャパン 8861S
B2-3 デジタル万能試験機(Instron 5581) インストロンジャパン TT-CM-レトロフィット5581
B2-4 真空高温引張試験機 インテスコ  
B2-5 極低温強度試験機 インテスコ  
B2-6 ミニサイズ引張試験機 インテスコ  
B2-7 真空高温衝撃試験機   調整中
B2-8 計装型シャルピー衝撃試験機 TKS  
B3)環境特性評価装置
B3-1 超臨界環境中腐食試験装置 東伸工業  
B3-2 超臨界環境中低歪速度引張試験装置 東伸工業  
B3-3 高温高圧水中ループ実験装置 東伸工業  
B3-4 超臨界水腐食試験機 AKICO  
B3-5 低歪速度引張腐食試験機 東伸工業  
B3-6 回転型液体金属腐食試験機 部品製作所 ADASAK-1
B3-7 EPR試験機 北斗電工: HZ3000  
B3-8 熱時効実験用マッフル炉 デンケン KDF-007EX
B3-9 酸化炉 京都タカオシン  
C群:材料創製装置
C1:金属材料関連
C1-1 真空ホットプレス炉(Vacuum Hot-Press) 富士電波工業  
C1-2 遊星型ボールミル(Planetary ball mill) フリッチュジャパン P-5
C1-3 アーク溶解炉(Arc Melting Furnace) 大阪真空  
C1-4 小型圧延機(Cold rolling mill) 大東製作所 DBR50S
C1-5 超高真空焼鈍炉(Ultra-High Vacuum Furnace) 自作  
       
C2)セラミックス材料製造関連
C2-1 大型真空ホットプレス炉(Vacuum Hot-Press) 富士電波工業  
C2-2 マイクロディップコーター(Dip Coater)    
C2-3 ホモジナイザー    
C2-4 遊星型ボールミル(Planetary ball mill)  FRITSCH JAPAN  
C2-5 高精度汎用加熱システム    
C2-6 電子ビーム装置  日本電子  
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