特開 2024-30202 試料加熱ホルダーとその使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024030202

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】試料加熱ホルダーとその使用方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/62 20060101AFI20240229BHJP

   G01N 1/28 20060101ALI20240229BHJP

   H05B 3/03 20060101ALI20240229BHJP

   H05B 3/12 20060101ALI20240229BHJP

   H05B 3/10 20060101ALI20240229BHJP

   C22C 27/04 20060101ALN20240229BHJP

【ＦＩ】

H05B3/62

G01N1/28 W

H05B3/03

H05B3/12 A

H05B3/10 A

C22C27/04 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022132855

(22)【出願日】2022-08-23

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２．３年 文部科学省 エネルギー対策特別会計委託事業、原子力システム研究開発事業 課題名：人工知能（ＡＩ）技術を取り入れた核燃料開発研究の加速 産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(71)【出願人】

【識別番号】504145320

【氏名又は名称】国立大学法人福井大学

(71)【出願人】

【識別番号】505374783

【氏名又は名称】国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100152272

【弁理士】

【氏名又は名称】川越 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100181722

【弁理士】

【氏名又は名称】春田 洋孝

(72)【発明者】

【氏名】小無 健司

(72)【発明者】

【氏名】有田 裕二

(72)【発明者】

【氏名】矢板 毅

(72)【発明者】

【氏名】森本 恭一

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 博道

【テーマコード（参考）】

2G052

3K092

【Ｆターム（参考）】

2G052AA38

2G052AD32

2G052AD52

2G052DA33

2G052JA04

3K092PP20

3K092QB02

3K092QB08

3K092QC02

3K092QC24

3K092QC38

3K092RA07

3K092RA10

3K092VV02

3K092VV16

(57)【要約】

【課題】試料に対するＸ線透過方向のアライメントを容易にし、また、Ｘ線透過方向以外の方向から試料を保持するとともに、試料の効率的な加熱を可能とする試料加熱ホルダーを提供する。
【解決手段】本発明の試料加熱ホルダー１００は、主面１０１ａに平行な第一の方向Ｄ_１に一端１０１ｂと他端１０１ｃを有する導体板１０１と、導体板１０１に接続された第一の電極１０２および第二の電極１０３と、を備え、導体板１０１は、一端１０１ｂ内側に、第一の方向Ｄ_１に延在し、他端１０１ｃに到達せず、かつ主面１０１ａと垂直な第二の方向Ｄ_２に貫通したスリット１０４を有し、第一の電極１０２、第二の電極１０３は、導体板１０１のうち、スリット１０４により分割された一端１０１ｂ側の一方１０１ｄ、他方１０１ｅにそれぞれ接続され、スリット幅１０４ｂは１～１０００μｍである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主面に平行な第一の方向に一端と他端を有する導体板と、
前記導体板に接続された第一の電極および第二の電極と、を備え、
前記導体板は、前記一端内側に、前記第一の方向に延在し、前記他端に到達せず、かつ前記主面と垂直な第二の方向に貫通したスリットを有し、
前記第一の電極、前記第二の電極は、前記導体板のうち、前記スリットにより分割された前記一端側の一方、他方にそれぞれ接続され、
前記スリット幅は２０μｍ以上、５００μｍ以下である、ことを特徴とする試料加熱ホルダー。

【請求項2】

前記第二の方向からの平面視において、前記他端は、前記一端から遠ざかる方向に凸の曲線で構成されることを特徴とする請求項１に記載の試料加熱ホルダー。

【請求項3】

前記第一の方向における前記スリットの長さが、２０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の試料加熱ホルダー。

【請求項4】

前記導体板は、タングステン、レニウム、タンタル、モリブデン、ジルコニウム、白金、ロジウム、ハフニウム、炭素のうち、少なくとも一つを含む材料からなる、請求項１に記載の試料加熱ホルダー。

【請求項5】

前記導体板の主面は、
前記スリットを挟み、前記一端側から前記他端側に向かって延在する二つの直線部と、
前記他端側において、二つの前記直線部を連結する曲線部と、で構成されるＵ字形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の試料加熱ホルダー。

【請求項6】

３００Ｋ以上、３０００Ｋ以下の温度範囲において、前記導体板の前記第一の方向の熱膨張量が、前記スリット内に装填する試料の前記第一の方向における長さの半分以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の試料加熱ホルダー。

【請求項7】

前記スリット幅が、前記導体板の厚みの６０％以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の試料加熱ホルダー。

【請求項8】

前記スリット幅が、２０μｍ以上、２００μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の試料加熱ホルダー。

【請求項9】

熱電対をさらに備え、
前記導体板の一方の主面において、前記曲線部に前記熱電対の一端が溶接され、
前記導体板の他方の主面において、前記曲線部に前記熱電対の他端が溶接される、ことを特徴とする請求項１に記載の試料加熱ホルダー。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の試料加熱ホルダーの使用方法であって、
前記スリットに、有機溶媒に混ぜ込んだ試料を塗布する工程と、
塗布後の前記試料を１０００Ｋ以上に加熱する工程と、を有することを特徴とする試料加熱ホルダーの使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料加熱ホルダーとその使用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

核燃料の高温での振る舞いに関心が集まっているが、核燃料の融点は非常に高く、高温域での試料の保持が難しいため、その実験手法が確立されていない。高温域の影響を回避する手法として、試料を直接保持せず、ガス浮遊させた状態で、レーザー照射により溶融させる手法が開示されている（非特許文献１）。しかしながら、試料をガス浮遊させるためには、試料の厚みが２～３ｍｍであることが求められるため、この手法では、試料にＸ線を透過させるＸＡＦＳ（X-ray Absorption Fine Structure）測定を行うことは難しい。一方、金属製の試料加熱ホルダーを抵抗加熱することで、ホルダー内で２０００Ｋに加熱されたＵＯ_２のＸＡＦＳ測定が開示されているが、こちらも試料ホルダーの形状のため透過ＸＡＦＳは実施できずに蛍光ＸＡＦＳに限定している（非特許文献２）。

【0003】

金属製の試料加熱ホルダーを抵抗加熱することで、ホルダー内に装填した試料の高温における透過ＸＡＦＳを測定する試みは、過去に何例か報告されているが（非特許文献３、４）、約２０００Ｋが到達最高温度である。ＢＮ等のＸ線をある程度透過する試料ホルダーに、試料を封入して加熱炉で加熱し、高温での透過ＸＡＦＳを測定する試みも過去に報告されているが（非特許文献５～７）、２０００Ｋ超の温度での測定は困難である他、ホルダーによるＸ線の吸収がＸＡＦＳ測定に悪影響を与える問題がある。

【0004】

原子力工学関連の開発に関係して、温度２０００Ｋ超の高温融体のＸＡＦＳ測定のニーズは増加しているが、試料の温度を抵抗加熱法を用いて２０００Ｋより高くする場合、次のような課題が生じる。すなわち、高温加熱に伴う試料ホルダーの熱膨張、熱歪みが大きくなり、試料に対するＸ線透過方向のアライメント維持が難しくなる。また、Ｘ線を透過させる方向には高温で液体状態になった試料を保持する部材を配置できず、液体状態の試料を、この方向に漏れ出さないように保持することが難しい。また、高温加熱に伴う試料の汚染、蒸発減量、試料周囲（カプトン窓等）の熱輻射による損壊を避けるため、試料の効率的な加熱が必要となる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Skinner. L. B. et. al. ‘Molten Uranium Dioxide Structure and Dynamics’, Science 2014, 346 (6212), 984-987

【非特許文献2】Damien Prieur et. al. ‘Peculiar Thermal Behavior of UO2 Local Structure’ Inorg. Chem. 2018, 57, 14890-14894

【非特許文献3】F. Farges et. al. ‘A new device for XAFS data collection up to 2000 K (or 3700 K under vacuum)’ Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 101 (1995) 493-498

【非特許文献4】Pengfei An et. al. ‘A facile heating cell for in situ transmittance and fluorescence X-ray absorption spectroscopy investigations’ J. Synchrotron Rad. (2014). 21, 165-169

【非特許文献5】Anna L. Smith et. al. ‘In situ high-temperature EXAFS measurements on radioactive and air-sensitive molten salt materials’ J. Synchrotron Rad. (2019). 26, 124-136

【非特許文献6】Y. Okamoto et. al. ‘High-temperature XAFS measurement of molten salt systems’ Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 487 (2002) 605-611

【非特許文献7】岡本芳浩 他 「廃棄物低減を目指すガラス固化技術高度化のための放射光利用」 放射光 July 2018 Vol.31 No.4 274-280

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高温に加熱された試料のＸ線透過方向のアライメントを容易にし（アライメント維持性を向上させ）、また、Ｘ線透過方向以外の方向から試料を保持するとともに、試料の効率的な加熱を可能とする試料加熱ホルダーと、その使用方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。

【0008】

（１）本発明の一態様に係る試料加熱ホルダーは、主面に平行な第一の方向に一端と他端を有する導体板と、前記導体板に接続された第一の電極および第二の電極と、を備え、前記導体板は、前記一端内側に、前記第一の方向に延在し、前記他端に到達せず、かつ前記主面と垂直な第二の方向に貫通したスリットを有し、前記第一の電極、前記第二の電極は、前記導体板のうち、前記スリットにより分割された前記一端側の一方、他方にそれぞれ接続され、前記スリット幅は２０μｍ以上、５００μｍ以下である。

【0009】

（２）上記（１）に記載の試料加熱ホルダーにおいて、前記第二の方向からの平面視において、前記他端は、前記一端から遠ざかる方向に凸の曲線で構成されることが好ましい。

【0010】

（３）上記（１）に記載の試料加熱ホルダーにおいて、前記第一の方向における前記スリットの長さが、２０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であることが好ましい。

【0011】

（４）上記（１）に記載の試料加熱ホルダーにおいて、前記導体板は、タングステン、レニウム、タンタル、モリブデン、ジルコニウム、白金、ロジウム、ハフニウム、炭素のうち、少なくとも一つを含む材料からなることが好ましい。

【0012】

（５）上記（１）に記載の試料加熱ホルダーにおいて、前記導体板の主面は、前記スリットを挟み、前記一端側から前記他端側に向かって延在する二つの直線部と、前記他端側において、二つの前記直線部を連結する曲線部と、で構成されるＵ字形状を有してもよい。

【0013】

（６）上記（１）に記載の試料加熱ホルダーにおいて、３００Ｋ以上、３０００Ｋ以下の温度範囲において、前記導体板の前記第一の方向の熱膨張量が、前記スリット内に装填する試料の前記第一の方向における長さの半分以下であることが好ましい。

【0014】

（７）上記（１）に記載の試料加熱ホルダーにおいて、前記スリット幅が、前記導体板の厚みの６０％以下である、ことが好ましい。

【0015】

（８）上記（１）に記載の試料加熱ホルダーにおいて、前記スリット幅が、２０μｍ以上、２００μｍ以下である、ことが好ましい。

【0016】

（９）上記（１）に記載の試料加熱ホルダーにおいて、熱電対をさらに備え、前記導体板の一方の主面において、前記曲線部に前記熱電対の一端が溶接され、前記導体板の他方の主面において、前記曲線部に前記熱電対の他端が溶接されてもよい。

【0017】

（１０）本発明の一態様に係る試料加熱ホルダーの使用方法は、上記（１）～（９）のいずれか一つに記載の試料加熱ホルダーの使用方法であって、前記スリットに、有機溶媒に混ぜ込んだ試料を塗布する工程と、塗布後の前記試料を１０００Ｋ以上に加熱する工程と、を有する。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、試料に対するＸ線透過方向のアライメントを容易にし、また、Ｘ線透過方向以外の方向から試料を保持するとともに、試料の効率的な加熱を可能とする試料加熱ホルダーと、その使用方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】（ａ）、（ｂ）本発明の一実施形態に係る試料加熱ホルダーの平面図、断面図である。

【図2】実施例１の試料加熱ホルダーにおいて、試料を溶融させる前の電子顕微鏡写真である。

【図3】実施例１の試料加熱ホルダーにおいて、試料を溶融させた後の電子顕微鏡写真である。

【図4】溶融後の試料について、ＸＡＦＳ測定で得られたスペクトルを示すグラフである。

【図5】実施例２の試料加熱ホルダーにおいて、表面の輝度温度および真温度の時間変化を示すグラフである。

【図6】実施例２の試料加熱ホルダーにおいて、表面の輝度温度と真温度の関係を示すグラフである。

【図7】実施例３の試料加熱ホルダーにおいて、表面の輝度温度と真温度の関係を示すグラフである。

【図8】（ａ）、（ｂ）実施例４の試料加熱ホルダーにおいて、導体板の一方の面、他方の面の拡大画像である。

【図9】実施例４の試料加熱ホルダーにおいて、表面とスリット内の温度差の表面温度依存性を示すグラフである。

【図10】実施例５の試料加熱ホルダーにおいて、導体板の一方の面の拡大画像である。

【図11】実施例６の試料加熱ホルダーにおいて、表面とスリット内の温度差の表面温度依存性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を適用した実施形態に係る試料加熱ホルダーとその使用方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0021】

＜試料加熱ホルダー＞
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る試料加熱ホルダー（試料加熱セル）１００の平面図である。試料加熱ホルダー１００は、主に、導体板１０１と、第一の電極１０２と、第二の電極１０３と、を備える。図１（ｂ）は、図１（ａ）の試料加熱ホルダー１００を、Ａ－Ａ線を含む平面で切断した場合の断面図である。

【0022】

導体板１０１は、その主面１０１ａに平行な第一の方向Ｄ_１に、一端１０１ｂと他端１０１ｃとを有する。また、導体板１０１は、一端１０１ｂから内側に、第一の方向Ｄ_１に沿って延在し、他端１０１ｃには到達せず、かつ主面１０１ａと垂直な第二の方向（厚み方向）Ｄ_２に貫通するスリット１０４を有する。導体板の厚み１０１ｔは、Ｘ線の透過率、加熱ホルダーとしての強度等の観点から、０．２ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下であることがより好ましく、０．３ｍｍ以上、０．５ｍｍであればさらに好ましい。

【0023】

スリット１０４の延在方向（第一の方向Ｄ_１）の長さ１０４ａは、２０ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であれば好ましく、２０ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であればより好ましい。

【0024】

第一の方向Ｄ_１と第二の方向Ｄ_２に垂直な第三の方向Ｄ_３において、スリットの幅１０４ｂは、濡れ性によって液体状態の試料をスリット１０４内に保持できる程度であり、かつスリット１０４内を黒体炉の状態に近づける程度であるとする。濡れ性による試料のスリットへの密着は、スリットの幅１０４ｂを２０μｍ以上、２００μｍ以下とすれば実現することができる。スリット１０４内を黒体炉の状態に近づけるスリット幅１０４ｂは、例えば導体板の厚み１０１ｔに対する比率（スリット幅１０４ｂ／厚み１０１ｔ）を６０％以下とすることで実現することができる。具体的には、スリット幅１０４ｂを、２０μｍ以上、５００μｍ以下とすればよく、５０μｍ以上、３００μｍ以下とすれば好ましい。当該比率を小さくするほど、スリット１０４の内壁面からの熱輻射が、スリット１０４の外部に散逸しにくくなるため、スリット１０４内を黒体炉の状態に近づけることができる。

【0025】

スリット１０４の延在方向における端部、すなわちスリットの先端１０４ｃの形状については、限定されるものではないが、加工上の都合により、丸みを帯びたものとなることが多い。導体板の他端１０１ｃとスリットの先端１０４ｃとの間には、２ｍｍ以上、５ｍｍ以下の間隔（距離）があることが好ましい。

【0026】

導体板１０１の主面の形状については、限定されることはないが、第一電極１０２と第二電極１０３の間に電流が流れやすい形状、すなわちスリット１０４の外周に沿った形状であることが好ましく、例えば図１（ａ）に示すようなＵ字形状が挙げられる。導体板の主面１０１ａは、スリット１０４を挟み、導体板の一端１０１ｂ側から他端１０１ｃ側に向かって延在する二つの直線部１０１Ａ、１０１Ｂと、他端１０１ｃ側において、二つの直線部１０１Ａ、１０１Ｂを連結する一つの曲線部１０１Ｇと、で構成される。

【0027】

直線部１０１Ａ、１０１Ｂは、スリット１０４を挟み、スリット１０４と平行に延在する。直線部１０１Ａ、１０１Ｂの長さ１０１ｆは、スリットの長さ１０４ａと略等しい。スリット１０４内を黒体炉の状態に近づけ、加熱効率を向上させる観点から、スリットの幅１０４ｂと導体板の厚み１０１ｂの比（１０４ｂ／１０１ｔ）は、０．６以下であることが好ましい。

【0028】

曲線部１０１Ｇは、導体板の他端１０１ｃ側において、二つの直線部１０１Ａ、１０１Ｂを連結し、スリットの先端１０４ｃを覆う。第二の方向からの平面視において、導体板の他端１０１ｃは、一端１０１ｂから遠ざかる方向に凸の曲線で構成される。この曲線の曲率半径は、直線部の幅１０１ｗおよびスリットの幅１０４ｂに応じて決められるが、例えば、２ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。例えば、長さ１０１ｆが２０ｍｍである場合、曲率半径は２ｍｍであることが好ましく、長さ１０１ｆが５０ｍｍである場合、曲率半径は５ｍｍであることが好ましい。

【0029】

導体板１０１は、例えばワイヤー放電加工により、金属の薄板から、スリット部分と外周部分を切り外すことによって得られる。導体板１０１を構成する金属材料としては、融点が２０００Ｋ以上、好ましくは３０００Ｋ以上であり、かつ試料と反応しないものであればよく、例えば、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ハフニウム（Ｈｆ）、炭素（Ｃ）等の高融点金属もしくは炭素材料、あるいはそれらのいずれかを含む合金（例えば、９５％Ｗと５％Ｒｅの合金等）のうち、少なくとも一つを含むものが挙げられる。これらのうち、温度測定の観点からは、９５％Ｗと５％Ｒｅの合金、７４％Ｗと２６％Ｒｅの合金が、特に好ましい。

【0030】

導体板１０１の一端１０１ｂ側は、スリット１０４によって分割される。分割された一端側１０１ｂの一方１０１ｄに第一の電極１０２が接続され、他方１０１ｅに第二の電極１０３が接続される。

【0031】

試料加熱ホルダー１００を加熱した場合、スリット内の温度は、導体板の外表面の温度に比べて高くなる。試料の溶融状態を把握する上で、スリット内の温度を正確に評価することが求められる。例えば、本実施形態において熱電対をさらに備え、導体板１０１の一方の主面において、曲線部１０１Ｇに当該熱電対の一端が溶接され、かつ導体板１０１の他方の主面において、曲線部１０１Ｇに当該熱電対の他端が溶接されていれば、この評価が可能となる。

【0032】

試料加熱ホルダー１００の材質を、熱電対の構成が可能な２種類の金属のどちらかとし、前記熱電対を構成する２種類の金属の細線を、前記導体の前記直線部分のスリット先端湾曲部近傍のＵ字型を見込める発熱体の表と裏面に個別に溶接し、最も高温になるスリット先端内面の温度を測定するか、スリット内に熱電対を溶接することにより、スリット内の温度の正確な評価が可能になると考えられる。

【0033】

＜試料加熱ホルダーの使用方法＞
上述した試料加熱ホルダー１００の使用方法、すなわち、試料加熱ホルダー１００を用いた試料の加熱は、主に次の三つの工程（第一工程、第二工程、第三工程）を有する。

【0034】

（第一工程）
スリット１０４内の先端１０４ｃ付近に、試料Ｓを充填する。充填する試料Ｓの形状は、スリット１０４に入る形状であればよく、例えば、板状の部材、あるいは粉末であってもよい。試料Ｓが粉末である場合には、エタノール、イソプロピルアルコール等の有機溶剤に、この粉末を混ぜ込んだものを、スリット１０４に塗布（充填）する。

【0035】

（第二工程）
充填後の試料Ｓを真空下（あるいは真空下に近い減圧下）で加熱し、試料Ｓの表面の水分等の蒸発成分を除去する。試料Ｓが粉末である場合、１０００Ｋ以上、好ましくは１３００Ｋ程度まで加熱することにより、試料Ｓと導体板１０１（スリット１０４）との密着性を良くすることができる。

【0036】

（第三工程）
試料Ｓの充填後、一般的な直流電源を用いた通電加熱法等により、試料Ｓを１０００Ｋ以上で加熱する。具体的には、図１（ａ）に示すように、第一の電極１０２が高電位となり、第二の電極１０３が低電位となるように電源を接続し、第一の電極１０２から第二の電極１０３に向けて、スリットの周囲に沿って電流を流す。この時の電流経路は、スリット１０４を挟んで第一の電極１０２と第二の電極１０３とを結ぶ最短の経路になるように選択される。その結果として、電流経路がスリットの先端１０４ｃ付近に集中するため、スリットの先端１０４ｃ付近が局所的に高温で加熱され、そこに接している試料Ｓも同様に加熱される。反対に、スリットの先端１０４ｃ付近以外には電流経路が集中しないため、高温になることがなく、熱によるダメージが少なくなっている。

【0037】

導体板１０１は、第一の電極１０２、第二の電極１０３により、一端側だけが固定されている状態であるため、他端側の変位による熱膨張が可能となっている。より詳細には、３００Ｋ以上、３０００Ｋ以下の温度範囲において、導体板１０１の第一の方向Ｄ_１の熱膨張量が、スリット１０４内に装填（充填）する試料Ｓの第一の方向Ｄ_１における長さの半分以下（例えば５ｍｍ以下）であると、高温での測定の際に求められる光学アライメントの維持に関して好ましい。したがって、電流方向（ここでは第一の方向Ｄ_１）における導体板１０１の熱膨張が拘束されないため、厚み方向（第二の方向Ｄ_２）のスリット１０４の形状の歪みを防ぐことができる。

【0038】

以上のように、本実施形態の試料加熱ホルダー１００によれば、スリットの先端１０４ｃに電流が集中して流れること、および、スリット１０４内が黒体炉に近い状態になることにより、スリットの先端１０４ｃを高温で効率的に加熱することができるため、熱による導体板１０１のダメージを抑えた上で、ＸＡＦＳ測定を行う試料Ｓの溶融状態を実現することができる。また、本実施形態の試料加熱ホルダー１００では、熱膨張によるスリット１０４の貫通方向の形状の歪みを防ぐことができるため、試料Ｓに照射したＸ線を、この貫通方向に透過させることが可能となり、ＸＡＦＳ測定を行うことができる。また、本実施形態の試料加熱ホルダー１００では、スリット幅が２０μｍ以上、５００μｍ以下に抑えられているため、濡れ性を利用して、液体状態の試料Ｓをスリット１０４内に保持させることができる。

【実施例0039】

以下、実施例により、本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

【0040】

（実施例１）
上記実施形態の試料加熱ホルダーを作製した。導体板については、Ｗの薄板から切り出し、各部が次の寸法になるように作製した。スリットは、導体板の一端から他端に向けて、太さ５０μｍのワイヤーを用いて形成した。
導体板の厚み（１０１ｔ）：０．５ｍｍ
直線部の長さ（１０１ｇ）：２３ｍｍ
直線部の幅（１０１ｗ）：３．４７ｍｍ
曲線部の曲率半径（Ｒ）：３．５ｍｍ
スリットの幅１０４ｂ：０．０６ｍｍ

【0041】

直径約４０μｍのＺｒＯ_２粉体を分散させたエタノール溶液を、試料加熱ホルダーのスリット（幅０．０６ｍｍ、深さ０．５ｍｍ）に塗布した。その後、アルゴン雰囲気中で１３００Ｋに加熱して、Ｘ線が透過可能な低密度のＺｒＯ_２の焼結体試料をスリット内に形成した。

【0042】

図２、３は、高温ＸＡＦＳ測定を行う前後でのスリット１０４内の焼結体試料Ｓの電子顕微鏡写真である。測定前の試料Ｓ_１と比較すると、測定後の試料Ｓ_２は、粒子の形状が丸みを帯びて融合しており、明らかに溶融していることが確認できる。

【0043】

試料加熱ホルダー（導体板）の表面の輝度温度を放射温度計で測定しながら、手動で所定の電流を印可し、輝度温度が一定になったことを確認してから、ＸＡＦＳ測定を行った。
さらに、印可する電流値（電力）を変えて、同じ手順で測定を繰り返した。

【0044】

図４は、測定によって得られたスペクトルを比較するグラフである。各スペクトルの比較から、加熱電力を２０３Ｗとしたときに酸素の移動が開始し、４２０Ｗを越えると試料（ＺｒＯ_２）の溶融が開始すると判断できる。いずれのスペクトルからも、吸収率が同じエネルギー値のときにピークを示し、さらに高いエネルギー領域で振動する様子が見られていることから、溶融したＺｒＯ_２に対し、ＸＡＦＳ測定が正しく行われていることが分かる。

【0045】

（実験例１）
実施例１と同様に、試料加熱ホルダーを作製し、スリット内に試料を形成し、加熱を行った。加熱は、高速多段階パルス通電加熱装置を用いて行った。加熱開始から３秒間に、室温から３０００Ｋの温度範囲で１５点の指定した各目標温度で約０．２秒保持する実験を３回行った。

【0046】

実験では、高速放射温度計（Luma Sense Technologies社、型式IGA 740）を用いて、試料加熱ホルダーの表面の輝度温度を１０μｓ毎に測定し、試料加熱ホルダーに流す電流値をフィードバック制御して階段状の温度保持を行った。そして、試料加熱ホルダー表面の真温度は、試料加熱ホルダー表面に溶接した、線径約０．０８ｍｍのＣ型熱電対（正脚：Ｗ－５％Ｒｅ合金、負脚：Ｗ－２６％合金）で測定した。

【0047】

図５は、その測定によって得られた輝度温度と真温度の時間変化を示すグラフである。図６は、輝度温度に対する真温度の変化を示すグラフである。図５において、真温度のグラフが断続的になっているのは、各目標温度での約０．２秒の保持時間の最終０．０２秒間のみ、加熱電流を切断して熱電対起電力を測定したためである。

【0048】

図６の３回目の実験結果は、最高到達温度近傍で極大値を示すが、この原因は、試料加熱ホルダーがこの時点で溶断したためである。３回の加熱試験後、試料加熱ホルダー内のＺｒＯ_２試料の組織観察を行い、試料が溶融したことを確認した。この結果、試料加熱ホルダーの外側表面温度は融点に到達していないにもかかわらず、試料を装填したスリット内（約６０μｍ幅の隙間）の温度はＺｒＯ_２の融点である２９８８Ｋ以上に加熱されたことが分かる。二回目の加熱試験結果が示す輝度温度約１７００Ｋにある変曲点（温度約２６４０Ｋ）は、ＺｒＯ_２の試料が溶融したことに対応しており、スリット内の温度は、試料加熱ホルダーの外表面温度より３００Ｋ以上高温になったことが分かる。また、加熱試験後のＺｒＯ_２の試料は、溶融したにも関わらず、溶け落ちることはなく、ほぼ完全にスリット内に装填されたままであった。

【0049】

（実験例２）
厚さが約０．２ｍｍのＷ－Ｒｅ合金（Ｗ：９５％、Ｒｅ：５％）の導体板を用い、実験例１と同様に、試料加熱ホルダーを作製し、スリット内に試料を装填し、多段階パルス通電加熱を３回行った。図７は、得られた輝度温度に対する真温度の測定結果を示すグラフである。ここでは、実験例１と異なり、溶接した熱電対の正脚と同じ素材の板でホルダーが作製されているため、スリット先端内面の温度を直接測定することができる。

【0050】

実験例１と同様に１回目と２回目の測定結果は良い一致を示し、３回目の測定結果は大きく上方に変位した。２回目と３回目の測定結果を比較すると、輝度温度１７００Ｋを境にして変位が大きくなり、試験後の組織観察からＺｒＯ_２が溶融したことが確認できた。したがって、Ｗと同様に合金製の試料加熱ホルダーでも輝度温度約１７００Ｋ（真温度は約２６００Ｋ）においてＺｒＯ_２の溶融（融点２９８８Ｋ）が始まったと考えられ、やはりスリット内は、試料加熱ホルダーの外表面よりも３００Ｋ以上高い温度になることが確認できる。

【0051】

（実験例３）
厚さが約０．５ｍｍのＷ－Ｒｅ合金（Ｗ：９５％、Ｒｅ：５％）の導体板を用い、実験例１と同様に、試料加熱ホルダーを作製した。この試料加熱ホルダーに対し、表面温度検出用の熱電対と、スリット内の温度検出用の二脚のＣ型熱電対を溶接した。具体的には、導体板の一方の主面において、スリットから離間した位置に表面温度検出用の熱電対を溶接し、スリット近傍にスリット内温度検出用のＣ型熱電対の正脚を溶接し、導体板の他方の主面において、スリット近傍にＣ型熱電対の他の負脚を溶接した。図８（ａ）、（ｂ）は、熱電対を溶接した導体板の一方の主面、他方の主面の写真である。

【0052】

熱電対の線径はスリット幅より太い約０．０８ｍｍであり、直接スリット内に熱電対を挿入することはできないため、スリット先端近傍の表と裏に熱電対の正負脚を別々に溶接した。Ｃ型熱電対の正脚の材質はホルダーと同一であるため、試料加熱ホルダーのスリット近傍の表と裏に正負脚を別々に溶接することで、熱電対の回路内にスリット内壁面が含まれ、その部分の温度、すなわちスリット内の温度を検出することができる。このような構成でスリットに試料を装填せずに、試料加熱ホルダー単体について直接通電加熱試験を行い、外表面とスリット内の温度差を測定した。

【0053】

図９は、測定結果を示すグラフである。図９から、表面温度が２０００Ｋを超えるとスリット内と表面の温度差は急激に上昇し、表面温度が約２６５０Ｋでは、スリット内の温度は５００Ｋ以上も高い３１００Ｋ超の高温になることが分かる。このように、スリット内の温度が、表面と比較して急上昇する現象は、表面と異なり、スリット内の熱輻射は散逸しにくく、熱輻射の強度が温度の４乗で増加することに対応していると考えられる。このことは、当該試料加熱ホルダーによって、スリット内の試料を選択的に加熱できることを示す。

【0054】

（実験例４）
スリット幅を０．３ｍｍとし、それ以外は実験例１と同様にして試料加熱ホルダーを作製し、表面温度検出用の熱電対と、スリット内温度検出用の熱電対を溶接し、実験例３と同様に通電加熱試験を行った。スリット幅が大きいため、スリット内温度検出用の熱電対をスリット内に溶接した。また、表面温度検出用の熱電対は、スリット先端から約１．９ｍｍ電極側に寄った場所に溶接した。このような状態の試料加熱ホルダーに対して、多段階高速パルス通電加熱試験を３回実施した。図１０は、熱電対を溶接した導体板の主面の写真である。

【0055】

図１１は、３回目の試験で得られたスリット内と表面との温度差を、表面温度に対してプロットしたものである。最高到達温度近傍において、スリット先端に溶接した熱電対が外れたため、測定値は異常な変動を示している。しかしながら、１回目と２回目の測定結果及び３回目の最高測定温度以下での結果は、実験例２と同じく温度が上昇するにつれてスリット内は表面より温度が高くなる傾向を確認した。これらの結果から、導体板の厚みに対するスリットの幅の割合が約６０％でも、十分にスリット内で熱輻射が封じ込まれてスリット内の試料を集中的に加熱できることが分かる。

【符号の説明】

【0056】

１００・・・試料加熱ホルダー
１０１・・・導体板
１０１ａ・・・導体板の主面
１０１ｂ・・・導体板の一端
１０１ｃ・・・導体板の他端
１０１ｄ・・・導体板の一端側の一方
１０１ｅ・・・導体板の一端側の他方
１０１ｆ・・・導体板の直線部の長さ
１０１Ａ、１０１Ｂ・・・導体板の直線部
１０１Ｇ・・・導体板の曲線部
１０１ｔ・・・導体板の厚み
１０１ｗ・・・導体板の直線部の幅
１０２・・・第一の電極
１０３・・・第二の電極
１０４・・・スリット
１０４ａ・・・スリットの長さ
１０４ｂ・・・スリットの幅
１０４ｃ・・・スリットの先端
Ｄ_１・・・第一の方向
Ｄ_２・・・第二の方向
Ｄ_３・・・第三の方向
Ｒ・・・曲率半径
Ｓ・・・試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】