JP2001133600A - Ｘ線発生装置 - Google Patents
Ｘ線発生装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザー光を反応空間で多重に交叉させて局
在化させ、それによって、光子密度を高く維持し、これ
を電子ビームと相互作用させてＸ線を発生させる装置を
提供する。 【解決手段】 Ｘ線発生装置１１は、電子ビームＥの軸
Ｏを中心に環状に配置された複数の凹面鏡Ａ１，Ａ２…
Ａｎ，Ｂ１，Ｂ２…Ｂｎから成る対向一対の鏡面群Ａ、
Ｂを有する。凹面鏡Ａｎは、導入されたレーザー光Ｌを
反射して位置Ｏａを通過させ、鏡面群Ｂ中の対応する凹
面鏡Ｂｎに反射光Ｌ１を入射させる。位置Ｏａに、反射
光Ｌ１の重畳した光子密度の高い反応空間Ｆを形成す
る。鏡面群Ｂの凹面鏡Ｂｎは、凹面鏡Ａｎからのレーザ
ー光Ｌ１を反射して隣接凹面鏡Ａｎ＋１にレーザー光Ｌ
２を入射させる。レーザー光Ｌは順次鏡面群Ａ、Ｂの円
周方向に移動しながら鏡面群Ａ、Ｂ間を往復する。レー
ザー光Ｌ１が多重に通過する反応空間Ｆで、電子ビーム
Ｅとレーザー光Ｌとを相互作用させ、Ｘ線を発生させ
る。
在化させ、それによって、光子密度を高く維持し、これ
を電子ビームと相互作用させてＸ線を発生させる装置を
提供する。 【解決手段】 Ｘ線発生装置１１は、電子ビームＥの軸
Ｏを中心に環状に配置された複数の凹面鏡Ａ１，Ａ２…
Ａｎ，Ｂ１，Ｂ２…Ｂｎから成る対向一対の鏡面群Ａ、
Ｂを有する。凹面鏡Ａｎは、導入されたレーザー光Ｌを
反射して位置Ｏａを通過させ、鏡面群Ｂ中の対応する凹
面鏡Ｂｎに反射光Ｌ１を入射させる。位置Ｏａに、反射
光Ｌ１の重畳した光子密度の高い反応空間Ｆを形成す
る。鏡面群Ｂの凹面鏡Ｂｎは、凹面鏡Ａｎからのレーザ
ー光Ｌ１を反射して隣接凹面鏡Ａｎ＋１にレーザー光Ｌ
２を入射させる。レーザー光Ｌは順次鏡面群Ａ、Ｂの円
周方向に移動しながら鏡面群Ａ、Ｂ間を往復する。レー
ザー光Ｌ１が多重に通過する反応空間Ｆで、電子ビーム
Ｅとレーザー光Ｌとを相互作用させ、Ｘ線を発生させ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、レーザー光を複
数の相対向する凹面鏡により複数回反射させ、その反射
光路を一点に集中させて光子密度の高い反応空間を形成
し、この反応空間に相対論的エネルギーをもつ電子ビー
ムを導入し、電子ビームとレーザー光との相互作用で効
果的にＸ線を発生させる装置に関する。
数の相対向する凹面鏡により複数回反射させ、その反射
光路を一点に集中させて光子密度の高い反応空間を形成
し、この反応空間に相対論的エネルギーをもつ電子ビー
ムを導入し、電子ビームとレーザー光との相互作用で効
果的にＸ線を発生させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術では、相対論的エネルギーを
もつ電子ビームと周期的磁場（アンジュレーターやウィ
グラー）との相互作用により電子ビームを蛇行させ、高
輝度Ｘ線放射光を発生させている。しかし、発生する放
射光の波長は、電子ビームのエネルギーとアンジュレー
ターの波長に比例することから、有用な短波長のＸ線を
発生させるには高エネルギーの電子ビームを作る大型加
速器か短周期のアンジュレーターを作る必要がある。ア
ンジュレーターの磁場の周期長が機械構造的に数センチ
メートル以上に制約されることから、Ｘ線領域の放射光
を得るには加速器を数ＧｅＶ以上の大型のものとする必
要がある。
もつ電子ビームと周期的磁場（アンジュレーターやウィ
グラー）との相互作用により電子ビームを蛇行させ、高
輝度Ｘ線放射光を発生させている。しかし、発生する放
射光の波長は、電子ビームのエネルギーとアンジュレー
ターの波長に比例することから、有用な短波長のＸ線を
発生させるには高エネルギーの電子ビームを作る大型加
速器か短周期のアンジュレーターを作る必要がある。ア
ンジュレーターの磁場の周期長が機械構造的に数センチ
メートル以上に制約されることから、Ｘ線領域の放射光
を得るには加速器を数ＧｅＶ以上の大型のものとする必
要がある。
【０００３】アンジュレーターの短周期化については多
くの試みが提案されているが、有効な方法はまだ開発さ
れていない。そこで、強いレーザー光を電磁波として電
子ビームに作用させることにより、電子ビームを蛇行さ
せ、Ｘ線放射光を発生させる方法が提案されているが、
このようにレーザー光をアンジュレーターとして電子ビ
ームに作用させるためには、大出力のレーザー光発生装
置を必要とし、実用的でない。あるいはレーザー光を光
子ビームとして電子ビームに衝突させ、衝突の際の逆コ
ンプトン散乱により、Ｘ線を発生させる方法も提案され
ている。しかし、逆コンプトン散乱を起こす断面積は１
バーン以下（１０-24ｃｍ2）と小さく、有効なＸ線を発
生させるには相当大きなレーザー出力（光子密度）を必
要とする。
くの試みが提案されているが、有効な方法はまだ開発さ
れていない。そこで、強いレーザー光を電磁波として電
子ビームに作用させることにより、電子ビームを蛇行さ
せ、Ｘ線放射光を発生させる方法が提案されているが、
このようにレーザー光をアンジュレーターとして電子ビ
ームに作用させるためには、大出力のレーザー光発生装
置を必要とし、実用的でない。あるいはレーザー光を光
子ビームとして電子ビームに衝突させ、衝突の際の逆コ
ンプトン散乱により、Ｘ線を発生させる方法も提案され
ている。しかし、逆コンプトン散乱を起こす断面積は１
バーン以下（１０-24ｃｍ2）と小さく、有効なＸ線を発
生させるには相当大きなレーザー出力（光子密度）を必
要とする。
【０００４】光共振器にレーザー光を貯めこみ、その中
で光子密度が高められたレーザー光を電子ビームと相互
作用させることも提案されているが、光共振器の性能が
十分でなく、十分な大きさの反応空間にレーザー光を局
在化させ、光子密度を高く維持することが難しいし、共
振器長より短いパルスのレーザー光をため込むのに適し
ない。
で光子密度が高められたレーザー光を電子ビームと相互
作用させることも提案されているが、光共振器の性能が
十分でなく、十分な大きさの反応空間にレーザー光を局
在化させ、光子密度を高く維持することが難しいし、共
振器長より短いパルスのレーザー光をため込むのに適し
ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本願発明は、特殊光学
システムの利用により、レーザー光を反応空間で多重に
交叉させて局在化させ、それによって、光子密度を高く
維持し、これを電子ビームと相互作用させてＸ線を発生
させるＸ線発生装置を提供することを課題としている。
システムの利用により、レーザー光を反応空間で多重に
交叉させて局在化させ、それによって、光子密度を高く
維持し、これを電子ビームと相互作用させてＸ線を発生
させるＸ線発生装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本願発明のＸ線発生装置１１は、内部に導入される電
子ビームＥの軸Ｏを中心に環状に配置された複数の凹面
鏡Ａ１，Ａ２・・・Ａｎ，Ｂ１，Ｂ２・・・Ｂｎから成
る対向一対の鏡面群Ａ、Ｂを含んでいる。レーザー光発
生手段１２により発生されたレーザー光Ｌは、レーザー
光導入手段を介して、選択された一の凹面鏡Ａｎに導入
される。鏡面群Ａに属する各凹面鏡Ａｎは、入射された
レーザー光Ｌを反射して電子ビームＥの軸Ｏ上の所定の
位置Ｏａを通過させ、他方の鏡面群Ｂ中の対応する凹面
鏡Ｂｎに反射光Ｌ１を入射させるように配置される。そ
れによって、反射光Ｌ１の重畳した位置に光子密度の高
い反応空間Ｆを形成する。さらに鏡面群Ｂに属する各凹
面鏡Ｂｎは、凹面鏡Ａｎから入射されたレーザー光Ｌ１
を反射して凹面鏡Ａｎに隣接する隣接凹面鏡Ａｎ＋１に
レーザー光Ｌ２を入射させるように配置される。従っ
て、レーザー光Ｌは順次鏡面群Ａ、Ｂの円周方向に移動
しながら一対の鏡面群Ａ、Ｂ間を往復する。レーザー光
Ｌ１が多重に通過する反応空間Ｆで、相対論的エネルギ
を持つ電子ビームＥとレーザー光Ｌとを相互作用させ、
Ｘ線を発生させる。本願発明のＸ線発生装置１１におい
ては、一方の鏡面群Ａに属する各凹面鏡Ａｎに入射され
たレーザー光Ｌを集中ビームとして反射し、電子ビーム
Ｅの軸Ｏ上の所定の位置Ｏａ上に焦点を結ばせた後、他
方の鏡面群Ｂ中の対応する一の凹面鏡Ｂｎに反射光Ｌ１
を入射させるように配置することができる。それによっ
て反射光Ｌ１の焦点が重畳した位置に光子密度の高い反
応空間Ｆを形成することができる。また、本願発明にお
いては、反応空間Ｆの位置を共通にするように上記Ｘ線
発生装置１１，１１’を少なくとも２つ併設して多色Ｘ
線の発生装置を構成する。複数のＸ線発生装置１１，１
１’に、夫々相互に波長の異なるレーザー光Ｌ，Ｌ’を
導入し、共通の反応空間Ｆで電子ビームＥとレーザー光
Ｌとを相互作用させ、多色のＸ線を同時に発生させる。
の本願発明のＸ線発生装置１１は、内部に導入される電
子ビームＥの軸Ｏを中心に環状に配置された複数の凹面
鏡Ａ１，Ａ２・・・Ａｎ，Ｂ１，Ｂ２・・・Ｂｎから成
る対向一対の鏡面群Ａ、Ｂを含んでいる。レーザー光発
生手段１２により発生されたレーザー光Ｌは、レーザー
光導入手段を介して、選択された一の凹面鏡Ａｎに導入
される。鏡面群Ａに属する各凹面鏡Ａｎは、入射された
レーザー光Ｌを反射して電子ビームＥの軸Ｏ上の所定の
位置Ｏａを通過させ、他方の鏡面群Ｂ中の対応する凹面
鏡Ｂｎに反射光Ｌ１を入射させるように配置される。そ
れによって、反射光Ｌ１の重畳した位置に光子密度の高
い反応空間Ｆを形成する。さらに鏡面群Ｂに属する各凹
面鏡Ｂｎは、凹面鏡Ａｎから入射されたレーザー光Ｌ１
を反射して凹面鏡Ａｎに隣接する隣接凹面鏡Ａｎ＋１に
レーザー光Ｌ２を入射させるように配置される。従っ
て、レーザー光Ｌは順次鏡面群Ａ、Ｂの円周方向に移動
しながら一対の鏡面群Ａ、Ｂ間を往復する。レーザー光
Ｌ１が多重に通過する反応空間Ｆで、相対論的エネルギ
を持つ電子ビームＥとレーザー光Ｌとを相互作用させ、
Ｘ線を発生させる。本願発明のＸ線発生装置１１におい
ては、一方の鏡面群Ａに属する各凹面鏡Ａｎに入射され
たレーザー光Ｌを集中ビームとして反射し、電子ビーム
Ｅの軸Ｏ上の所定の位置Ｏａ上に焦点を結ばせた後、他
方の鏡面群Ｂ中の対応する一の凹面鏡Ｂｎに反射光Ｌ１
を入射させるように配置することができる。それによっ
て反射光Ｌ１の焦点が重畳した位置に光子密度の高い反
応空間Ｆを形成することができる。また、本願発明にお
いては、反応空間Ｆの位置を共通にするように上記Ｘ線
発生装置１１，１１’を少なくとも２つ併設して多色Ｘ
線の発生装置を構成する。複数のＸ線発生装置１１，１
１’に、夫々相互に波長の異なるレーザー光Ｌ，Ｌ’を
導入し、共通の反応空間Ｆで電子ビームＥとレーザー光
Ｌとを相互作用させ、多色のＸ線を同時に発生させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。図１は、本発明に係るＸ線発生装置の概
略を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ），（ｃ）は各
鏡面群の正面図である。図２には、鏡面群Ａ，Ｂ間を往
復するレーザー光の光路Ｌ１，Ｌ２を示す。
態を説明する。図１は、本発明に係るＸ線発生装置の概
略を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ），（ｃ）は各
鏡面群の正面図である。図２には、鏡面群Ａ，Ｂ間を往
復するレーザー光の光路Ｌ１，Ｌ２を示す。
【０００８】Ｘ線発生装置１１は、互いに向かい合わせ
に配置された一対の鏡面群Ａ，Ｂを有する。鏡面群Ａ
は、多数の凹面鏡Ａ１，Ａ２・・・Ａｎを軸Ｏを中心に
環状に配置して成る。鏡面群Ｂは、多数の凹面鏡Ｂ１，
Ｂ２・・・Ｂｎを軸Ｏを中心に環状に配置して成る。図
１には、各鏡面群Ａ，Ｂが夫々１２個の凹面鏡から成る
場合（ｎ＝１２の場合）を示す。各鏡面群Ａ，Ｂの環の
内側には、電子ビームを導入するためのアパーチャーＡ
ｐが形成される。図１（ａ）には、鏡面群Ａ，Ｂが、側
面視円弧状に配列するかのように表現されているが、こ
れは鏡面群Ａに属する各凹面鏡あｎの焦点距離が等しい
ことを表すための便宜上の表現であり、実際には側面視
平面上に配列される。
に配置された一対の鏡面群Ａ，Ｂを有する。鏡面群Ａ
は、多数の凹面鏡Ａ１，Ａ２・・・Ａｎを軸Ｏを中心に
環状に配置して成る。鏡面群Ｂは、多数の凹面鏡Ｂ１，
Ｂ２・・・Ｂｎを軸Ｏを中心に環状に配置して成る。図
１には、各鏡面群Ａ，Ｂが夫々１２個の凹面鏡から成る
場合（ｎ＝１２の場合）を示す。各鏡面群Ａ，Ｂの環の
内側には、電子ビームを導入するためのアパーチャーＡ
ｐが形成される。図１（ａ）には、鏡面群Ａ，Ｂが、側
面視円弧状に配列するかのように表現されているが、こ
れは鏡面群Ａに属する各凹面鏡あｎの焦点距離が等しい
ことを表すための便宜上の表現であり、実際には側面視
平面上に配列される。
【０００９】鏡面群Ａに属する各凹面鏡Ａｎは、入射さ
れたレーザー光Ｌを反射して、軸Ｏ上の所定の位置に焦
点を結ばせ、さらに他方の鏡面群Ｂ中の対応する一の凹
面鏡Ｂｎに反射光を入射させるように配置される。ここ
で、凹面鏡Ａｎから凹面鏡Ｂｎに向かい、その中間で焦
点を結ぶレーザー光の光路Ｌ１を「往路」と称する。他
方の鏡面群Ｂに属する各凹面鏡Ｂｎは、鏡面群Ａ中の対
応する一の凹面鏡Ａｎから入射されたレーザー光Ｌ１を
反射して、鏡面群Ａ中の凹面鏡ＡｎにΦ方向に隣接する
隣接凹面鏡Ａｎ＋１にレーザー光を入射させるように配
置される。ここで、凹面鏡Ｂｎから凹面鏡Ａｎ＋１に向
かうレーザー光の光路Ｌ２を「復路」と称する。従っ
て、鏡面群Ａ，Ｂに導入されたレーザー光Ｌは、Ａ１−
Ｂ１−Ａ２−Ｂ２・・・Ａｎ−Ｂｎ−Ａｎ＋１のよう
に、鏡面群Ａ，Ｂの環の円周方向（Φ方向）に反射光を
順次移動させ、反射を繰り返す。図１には、簡単のため
に凹面鏡Ａ１からＡ６の分の往復するレーザー光線の光
路のみを示した。凹面鏡Ａｎから凹面鏡Ｂｎへ向かう往
路Ｌ１の鏡面間距離を２Ｚとし、凹面鏡Ａｎ，Ｂｎの曲
率半径を夫々２Ｚと設定する。図１において、Ｂ12の位
置から例えば望遠鏡を通してレーザー光が平行ビームで
凹面鏡Ａ１に入射されれば、凹面鏡Ａ１で反射された光
Ｌ１は、軸Ｏ上の点Ｏａで焦点を結び、その後広がりな
がら凹面鏡Ｂ１に達する。凹面鏡Ｂ１は凹面鏡Ａ１と焦
点距離が等しいから、凹面鏡Ｂ１で反射された光Ｌ２は
平行ビームとなり、凹面鏡Ａ２に進む。凹面鏡Ａ２では
反射して点Ｏａに焦点を結ぶ。これを順次くりかえす。
この場合往路の光Ｌ１はすべて点Ｏａに焦点を結び、復
路の光Ｌ２はすべて平行ビームとなる。
れたレーザー光Ｌを反射して、軸Ｏ上の所定の位置に焦
点を結ばせ、さらに他方の鏡面群Ｂ中の対応する一の凹
面鏡Ｂｎに反射光を入射させるように配置される。ここ
で、凹面鏡Ａｎから凹面鏡Ｂｎに向かい、その中間で焦
点を結ぶレーザー光の光路Ｌ１を「往路」と称する。他
方の鏡面群Ｂに属する各凹面鏡Ｂｎは、鏡面群Ａ中の対
応する一の凹面鏡Ａｎから入射されたレーザー光Ｌ１を
反射して、鏡面群Ａ中の凹面鏡ＡｎにΦ方向に隣接する
隣接凹面鏡Ａｎ＋１にレーザー光を入射させるように配
置される。ここで、凹面鏡Ｂｎから凹面鏡Ａｎ＋１に向
かうレーザー光の光路Ｌ２を「復路」と称する。従っ
て、鏡面群Ａ，Ｂに導入されたレーザー光Ｌは、Ａ１−
Ｂ１−Ａ２−Ｂ２・・・Ａｎ−Ｂｎ−Ａｎ＋１のよう
に、鏡面群Ａ，Ｂの環の円周方向（Φ方向）に反射光を
順次移動させ、反射を繰り返す。図１には、簡単のため
に凹面鏡Ａ１からＡ６の分の往復するレーザー光線の光
路のみを示した。凹面鏡Ａｎから凹面鏡Ｂｎへ向かう往
路Ｌ１の鏡面間距離を２Ｚとし、凹面鏡Ａｎ，Ｂｎの曲
率半径を夫々２Ｚと設定する。図１において、Ｂ12の位
置から例えば望遠鏡を通してレーザー光が平行ビームで
凹面鏡Ａ１に入射されれば、凹面鏡Ａ１で反射された光
Ｌ１は、軸Ｏ上の点Ｏａで焦点を結び、その後広がりな
がら凹面鏡Ｂ１に達する。凹面鏡Ｂ１は凹面鏡Ａ１と焦
点距離が等しいから、凹面鏡Ｂ１で反射された光Ｌ２は
平行ビームとなり、凹面鏡Ａ２に進む。凹面鏡Ａ２では
反射して点Ｏａに焦点を結ぶ。これを順次くりかえす。
この場合往路の光Ｌ１はすべて点Ｏａに焦点を結び、復
路の光Ｌ２はすべて平行ビームとなる。
【００１０】逆に凹面鏡Ａ１に、それの反射光が平行ビ
ームとなるような集中ビームとしてレーザー光が入射さ
れれば、鏡面群Ａで反射された往路の光Ｌ１はすべて平
行ビームとなり、軸Ｏ上の点Ｏａと通過して鏡面群Ｂへ
向かい、これに反射される復路の光Ｌ２は再び集中ビー
ムとして鏡面群Ａへ戻される形で反射を繰り返すことに
なる。この場合には、点Ｏａに平行ビームとしてのレー
ザー光が多重に重畳し、ここに光子密度の高い反応空間
Ｆを形成する。
ームとなるような集中ビームとしてレーザー光が入射さ
れれば、鏡面群Ａで反射された往路の光Ｌ１はすべて平
行ビームとなり、軸Ｏ上の点Ｏａと通過して鏡面群Ｂへ
向かい、これに反射される復路の光Ｌ２は再び集中ビー
ムとして鏡面群Ａへ戻される形で反射を繰り返すことに
なる。この場合には、点Ｏａに平行ビームとしてのレー
ザー光が多重に重畳し、ここに光子密度の高い反応空間
Ｆを形成する。
【００１１】たとえば、Ｂ12の位置（この位置に凹面鏡
はないものとする。）からレーザー光が入射する場合、
鏡面群Ａ，Ｂ間を一巡した光は、Ｂ12の位置から出射す
る。従って、その外部に置かれた光学スイッチなどを含
んだ光学的回路を用いて光を折り返えさせ、繰り返し入
射することができる。これにより鏡面群Ａ，Ｂ間にレー
ザー光を蓄積できる。なお、レーザー光の入射、出射の
位置及びその方法はこれに限定されない。
はないものとする。）からレーザー光が入射する場合、
鏡面群Ａ，Ｂ間を一巡した光は、Ｂ12の位置から出射す
る。従って、その外部に置かれた光学スイッチなどを含
んだ光学的回路を用いて光を折り返えさせ、繰り返し入
射することができる。これにより鏡面群Ａ，Ｂ間にレー
ザー光を蓄積できる。なお、レーザー光の入射、出射の
位置及びその方法はこれに限定されない。
【００１２】凹面鏡上で、それの法線に対して傾斜して
光が反射される際には、収差により像が歪むが、Φ方向
に回転させつつ反射させることにより、回転角１８０度
ごとにその歪みを相殺できる。従って、非常に長い距離
反射を繰り返すことができる。レーザー光を鏡面群Ａ，
Ｂ間で往復させることができる回数は、鏡の反射損失で
決まる。一回の反射で光子密度が０．９９９、２回目で
それが０．９９９2に下がるとしても、全体ではそれら
の和をとり、光の交叉部では１０００倍（１／（１−
０．９９９）＝１０００）の光子密度が得られる。
光が反射される際には、収差により像が歪むが、Φ方向
に回転させつつ反射させることにより、回転角１８０度
ごとにその歪みを相殺できる。従って、非常に長い距離
反射を繰り返すことができる。レーザー光を鏡面群Ａ，
Ｂ間で往復させることができる回数は、鏡の反射損失で
決まる。一回の反射で光子密度が０．９９９、２回目で
それが０．９９９2に下がるとしても、全体ではそれら
の和をとり、光の交叉部では１０００倍（１／（１−
０．９９９）＝１０００）の光子密度が得られる。
【００１３】従って、軸Ｏに沿って相対論的エネルギを
持つ電子ビームＥを鏡面群Ａ，Ｂ間へ導入すれば、レー
ザー光が多重に焦点を結んだＯａ点付近の反応空間Ｆ
で、電子ビームとレーザー光とが相互作用し、Ｘ線を発
生させる。なお、電子ビームＥは、所望により、図１に
おいて左右のどちらの方向から導入してもよい。
持つ電子ビームＥを鏡面群Ａ，Ｂ間へ導入すれば、レー
ザー光が多重に焦点を結んだＯａ点付近の反応空間Ｆ
で、電子ビームとレーザー光とが相互作用し、Ｘ線を発
生させる。なお、電子ビームＥは、所望により、図１に
おいて左右のどちらの方向から導入してもよい。
【００１４】このＸ線発生装置に蓄えられるレーザー光
パルスには次の３通りの形式がある。（１）単・短パル
ス蓄積：鏡面間距離より短い高出力の光パルスを１パル
スだけ入れ、鏡面間を飛行する時間と同じ間隔のパルス
列が繰り返し電子ビームに作用するようにする。（２）
多重短パルス蓄積：鏡面間を飛行する時間と同じ周期の
短パルスを複数パルス入れ、鏡面群間に蓄積する。
（３）長パルス蓄積：鏡面間距離の２倍より長い光パル
スを用い、鏡面群間に常にレーザー光が存在するように
する。これらの方法でレーザー光を多面鏡に入れると、
何れの場合にも、光路が交叉する鏡面群間の中心部に光
が重畳し光子密度を高めることができる。
パルスには次の３通りの形式がある。（１）単・短パル
ス蓄積：鏡面間距離より短い高出力の光パルスを１パル
スだけ入れ、鏡面間を飛行する時間と同じ間隔のパルス
列が繰り返し電子ビームに作用するようにする。（２）
多重短パルス蓄積：鏡面間を飛行する時間と同じ周期の
短パルスを複数パルス入れ、鏡面群間に蓄積する。
（３）長パルス蓄積：鏡面間距離の２倍より長い光パル
スを用い、鏡面群間に常にレーザー光が存在するように
する。これらの方法でレーザー光を多面鏡に入れると、
何れの場合にも、光路が交叉する鏡面群間の中心部に光
が重畳し光子密度を高めることができる。
【００１５】このようにレーザー光Ｌ１が重畳された反
応空間Ｆに電子ビームを導入し散乱させる。電子ビーム
のパルスは光パルスと同期をとると効率的である。図３
にはＸ線発生の概念図を示す。また図４に逆コンプトン
散乱の様子を概略的に示す。１１はＸ線発生装置、１２
はレーザー光発生装置、１３は光スイッチ、１４は偏光
子、Ａ，Ｂは夫々鏡面群である。鏡面群Ａ，Ｂは真空チ
ェンバーＶ内に設けられる。ある波長のレーザー光Ｌを
選び、Ｘ線発生装置１１内に導入し、レーザー光Ｌを集
中させて光子密度の高い反応空間Ｆを形成する。真空チ
ェンバーＶ内の反応空間Ｆに、軸Ｏに沿って電子ビーム
Ｅを導入し，レーザー光Ｌと相互作用させる。光の粒子
としてのレーザー光が、電子ビームと衝突し光子ビーム
の散乱によるＸ線が発生すると考えられる。十分強い電
磁波としてのレーザー光を周期的に電磁力を加えるアン
ジュレーターとして作用させれば、Ｘ線の放射光が発生
する。Ｘは逆コンプトン散乱により、あるいはアンジュ
レーターとの作用により発生するＸ線、Ｅｆは散乱電子
である。
応空間Ｆに電子ビームを導入し散乱させる。電子ビーム
のパルスは光パルスと同期をとると効率的である。図３
にはＸ線発生の概念図を示す。また図４に逆コンプトン
散乱の様子を概略的に示す。１１はＸ線発生装置、１２
はレーザー光発生装置、１３は光スイッチ、１４は偏光
子、Ａ，Ｂは夫々鏡面群である。鏡面群Ａ，Ｂは真空チ
ェンバーＶ内に設けられる。ある波長のレーザー光Ｌを
選び、Ｘ線発生装置１１内に導入し、レーザー光Ｌを集
中させて光子密度の高い反応空間Ｆを形成する。真空チ
ェンバーＶ内の反応空間Ｆに、軸Ｏに沿って電子ビーム
Ｅを導入し，レーザー光Ｌと相互作用させる。光の粒子
としてのレーザー光が、電子ビームと衝突し光子ビーム
の散乱によるＸ線が発生すると考えられる。十分強い電
磁波としてのレーザー光を周期的に電磁力を加えるアン
ジュレーターとして作用させれば、Ｘ線の放射光が発生
する。Ｘは逆コンプトン散乱により、あるいはアンジュ
レーターとの作用により発生するＸ線、Ｅｆは散乱電子
である。
【００１６】光と電子のバンチ（塊）状態で衝突する場
合に逆コンプトン散乱による単位時間あたりのＸ線の発
生量は次の式で与えられる。 Ｙ＝２ｆＮeＮpσＬ/Ａτｃ ここでｆは電子ビームの周期、cは光速、Ｎeは電子バン
チの内、光との相互作用領域に入る電子の数、Ｎpは光
バンチ内、電子との相互作用領域に入る光子の数、σは
コンプトン散乱断面積、Ａは電子ビームと光子ビームの
断面積のうち小さい方、τは相互作用時間、Ｌは相互作
用領域の長さである。したがって、Ｘ線の発生量を増や
すには、ｆＮeＮpの積を大きくし、Ａを小さくすること
である。そして、このＸ線発生装置を利用して光子密度
をＡＦ倍大きくすれば、発生するＸ線量もＡＦ倍とな
る。
合に逆コンプトン散乱による単位時間あたりのＸ線の発
生量は次の式で与えられる。 Ｙ＝２ｆＮeＮpσＬ/Ａτｃ ここでｆは電子ビームの周期、cは光速、Ｎeは電子バン
チの内、光との相互作用領域に入る電子の数、Ｎpは光
バンチ内、電子との相互作用領域に入る光子の数、σは
コンプトン散乱断面積、Ａは電子ビームと光子ビームの
断面積のうち小さい方、τは相互作用時間、Ｌは相互作
用領域の長さである。したがって、Ｘ線の発生量を増や
すには、ｆＮeＮpの積を大きくし、Ａを小さくすること
である。そして、このＸ線発生装置を利用して光子密度
をＡＦ倍大きくすれば、発生するＸ線量もＡＦ倍とな
る。
【００１７】発生するＸ線の波長は2重のドップラーシ
フトにより次式で与えられる。 λ’ = λ ／ ２γ2(1-βcosα) ここで、λ’はコンプトン散乱後Ｘ線の波長、λはレー
ザー光の波長、βはｖ／c,γは電子ビームのエネルギー
をあらわす相対論パラメーターで、Eb = mc2(γ-1)と表
される。ここで、Eb は電子ビームのエネルギー、mは電
子の静止質量である。そしてαは電子ビームとレーザー
光の交叉角である。α = π、βがほぼ１のときには
λ’ = λ ／ ４ γ2となる。
フトにより次式で与えられる。 λ’ = λ ／ ２γ2(1-βcosα) ここで、λ’はコンプトン散乱後Ｘ線の波長、λはレー
ザー光の波長、βはｖ／c,γは電子ビームのエネルギー
をあらわす相対論パラメーターで、Eb = mc2(γ-1)と表
される。ここで、Eb は電子ビームのエネルギー、mは電
子の静止質量である。そしてαは電子ビームとレーザー
光の交叉角である。α = π、βがほぼ１のときには
λ’ = λ ／ ４ γ2となる。
【００１８】生成されるＸ線の単色性は次式で表され
る。 Δλ’ /λ’ = {(2ΔEb /Eb)2 + (γΔθ)4}1/2 ここでΔθ＝（θe 2＋θc 2）1/2 Δλ’ /λ’ は散乱Ｘ線の最小波長（電子前方に出る
光：θ = 0)にたいする波長幅、ΔEb /Ebは電子ビーム
のエネルギー幅、そしてθeは電子ビームの発散角およ
びθcはコリメーターの開口角の１/２である。
る。 Δλ’ /λ’ = {(2ΔEb /Eb)2 + (γΔθ)4}1/2 ここでΔθ＝（θe 2＋θc 2）1/2 Δλ’ /λ’ は散乱Ｘ線の最小波長（電子前方に出る
光：θ = 0)にたいする波長幅、ΔEb /Ebは電子ビーム
のエネルギー幅、そしてθeは電子ビームの発散角およ
びθcはコリメーターの開口角の１/２である。
【００１９】次に、レーザー光をアンジュレーターとし
て働かせて電子ビームと作用させ、Ｘ線放射光を発生さ
せる場合について説明する。レーザー光をアンジュレー
ターとして働かせるためには、大出力のレーザー光を装
置内に導入する。図５にＸ線放射光発生の原理を示す。
レーザー光の電磁波としての特性を生かし電子ビームＥ
にレーザー光Ｌによる周期的電磁力を加え、電子に双極
子的運動をさせＸ線放射光Ｘを発生させる。逆コンプト
ン散乱よりは発生量は多く、スペクトル幅も狭い。
て働かせて電子ビームと作用させ、Ｘ線放射光を発生さ
せる場合について説明する。レーザー光をアンジュレー
ターとして働かせるためには、大出力のレーザー光を装
置内に導入する。図５にＸ線放射光発生の原理を示す。
レーザー光の電磁波としての特性を生かし電子ビームＥ
にレーザー光Ｌによる周期的電磁力を加え、電子に双極
子的運動をさせＸ線放射光Ｘを発生させる。逆コンプト
ン散乱よりは発生量は多く、スペクトル幅も狭い。
【００２０】この場合に発生するＸ線方射光の波長λ’
は次式で表される。 λ’ = λ (1 + a0 2 /2)/ ２γ2(1-βcosα) ここで、a0はレーザー出力に比例する量で a0=0.85 x 10-9I1/2［W/cm2］λ［μm］ で表され、有意なa0を得るには１ＴＷのレーザー光をμ
ｍのオーダーにしぼる必要がある。また、そのとき出力
は； P = 32re 2γ2P0τLI/(3r0 2e)、 ここで、re は電子半径、P0はレーザー光の出力、τL
はレーザー光のパルス幅、I電子ビームの電流値、r0は
レーザーのスポットサイズ、eは電子の電荷である。そ
して、このＸ線発生装置を利用して光子密度をＡＦ倍大
きくすれば、発生するＸ線量もＡＦ倍となる。但し、こ
の場合には全てのレーザー光の位相を合わせる必要があ
る。上記Ｘ線放射光と電子ビームとの相互作用を持続さ
せると自由電子レーザーの原理により、さらに位相のそ
ろったＸ線が発生する。スペクトル幅の狭いコヒーレン
トなレーザー光が発生する。
は次式で表される。 λ’ = λ (1 + a0 2 /2)/ ２γ2(1-βcosα) ここで、a0はレーザー出力に比例する量で a0=0.85 x 10-9I1/2［W/cm2］λ［μm］ で表され、有意なa0を得るには１ＴＷのレーザー光をμ
ｍのオーダーにしぼる必要がある。また、そのとき出力
は； P = 32re 2γ2P0τLI/(3r0 2e)、 ここで、re は電子半径、P0はレーザー光の出力、τL
はレーザー光のパルス幅、I電子ビームの電流値、r0は
レーザーのスポットサイズ、eは電子の電荷である。そ
して、このＸ線発生装置を利用して光子密度をＡＦ倍大
きくすれば、発生するＸ線量もＡＦ倍となる。但し、こ
の場合には全てのレーザー光の位相を合わせる必要があ
る。上記Ｘ線放射光と電子ビームとの相互作用を持続さ
せると自由電子レーザーの原理により、さらに位相のそ
ろったＸ線が発生する。スペクトル幅の狭いコヒーレン
トなレーザー光が発生する。
【００２１】次に、２色のＸ線を同時に発生させるＸ線
発生装置について説明する。図６に示すように、このＸ
線発生装置１１は、２組の鏡面群Ａ，Ｂ・Ａ’，Ｂ’を
反応空間Ｆを共通にするように、並列に並べ、夫々別波
長のレーザー光Ｌ，Ｌ’を用いて２波長によりコンプト
ン散乱させる。これにより波長の異なる２種のＸ線Ｘ，
Ｘ’が発生する。図示の実施形態では、ＩＲレーザーと
ＹＡＧ−２ｎｄレーザーを用いる。
発生装置について説明する。図６に示すように、このＸ
線発生装置１１は、２組の鏡面群Ａ，Ｂ・Ａ’，Ｂ’を
反応空間Ｆを共通にするように、並列に並べ、夫々別波
長のレーザー光Ｌ，Ｌ’を用いて２波長によりコンプト
ン散乱させる。これにより波長の異なる２種のＸ線Ｘ，
Ｘ’が発生する。図示の実施形態では、ＩＲレーザーと
ＹＡＧ−２ｎｄレーザーを用いる。
【００２２】
【発明の効果】相対論的エネルギーを持った電子ビーム
と本発明に係るＸ線発生装置１１の反応空間Ｆにおいて
光子密度が高められたレーザー光Ｌとの衝突により、非
常に効率よくＸ線を発生できる。レーザー光の波長、あ
るいは電子ビームのエネルギーを選択することによりＸ
線の波長を可変にできる。放射光とするか逆コンプトン
散乱によるかはレーザー出力の大きさで決まる。Ｘ線を
利用した化学光反応や物質の分析に用いられる。
と本発明に係るＸ線発生装置１１の反応空間Ｆにおいて
光子密度が高められたレーザー光Ｌとの衝突により、非
常に効率よくＸ線を発生できる。レーザー光の波長、あ
るいは電子ビームのエネルギーを選択することによりＸ
線の波長を可変にできる。放射光とするか逆コンプトン
散乱によるかはレーザー出力の大きさで決まる。Ｘ線を
利用した化学光反応や物質の分析に用いられる。
【図１】 本発明に係るＸ線発生装置の概略を示すもの
で、（ａ）は側面図、（ｂ），（ｃ）は各鏡面群の正面
図である。
で、（ａ）は側面図、（ｂ），（ｃ）は各鏡面群の正面
図である。
【図２】 本発明に係るＸ線発生装置における鏡面群間
を往復するレーザー光の光路を示す説明図であり、
（ａ）はレーザー光の往路を示し、（ｂ）はレーザー光
の復路を示す。
を往復するレーザー光の光路を示す説明図であり、
（ａ）はレーザー光の往路を示し、（ｂ）はレーザー光
の復路を示す。
【図３】 本発明における電子ビームとレーザー光の光
子ビームの相互作用を示す説明図である。
子ビームの相互作用を示す説明図である。
【図４】 逆コンプトン散乱の概念を示す説明図であ
る。
る。
【図５】 アンジュレーターとしてのレーザー光と電子
ビームと相互作用を示す説明図である。
ビームと相互作用を示す説明図である。
【図６】 ２色のＸ線を同時に発生させるＸ線発生装置
の概略を示す説明図である。
の概略を示す説明図である。
１１ Ｘ線発生装置 Ａ 鏡面群 Ａ１，２，…ｎ 凹面鏡 Ｂ 鏡面群 Ｂ１，２，…ｎ 凹面鏡 Ｆ 反応空間 Ｌ レーザー光 Ｌ１ 往路の光軸 Ｌ２ 復路の光軸 Ｏ 軸 Ｏａ 焦点
Claims (4)
- 【請求項１】 導入される電子ビームの軸を中心に環状
に配置された複数の凹面鏡を有し、互いに相対向して配
置された一方の鏡面群及び他方の鏡面群と、 これら鏡面群間で往復反射させるべきレーザー光を発生
させるレーザー光発生手段と、 このレーザー光発生手段により発生されたレーザー光を
前記鏡面群へ導入するレーザー光導入手段とを具備し、 前記一方の鏡面群に属する各凹面鏡は、入射されたレー
ザー光を反射して前記電子ビームの軸上の所定の位置を
通過し、前記他方の鏡面群中の対応する一の凹面鏡に反
射光を入射させるように配置され、それによって前記軸
上の所定の位置に反射光を重畳させた光子密度の高い反
応空間を形成し、 前記他方の鏡面群に属する各凹面鏡は、前記一方の鏡面
群中の対応する一の凹面鏡から入射されたレーザー光を
反射して前記一方の鏡面群中の対応する一の凹面鏡に所
定方向に隣接する一の隣接凹面鏡にレーザー光を入射さ
せるように配置され、それによって、順次鏡面群の円周
方向に反射光を移動させるようにし、 前記反応空間で、相対論的エネルギを持つ電子ビームと
レーザー光とを相互作用させ、Ｘ線を発生させることを
特徴とするＸ線発生装置。 - 【請求項２】 前記一方の鏡面群に属する各凹面鏡は、
入射されたレーザー光を反射して前記電子ビームの軸上
の所定の位置に焦点を結ばせた後、前記他方の鏡面群中
の対応する一の凹面鏡に反射光を入射させるように配置
され、それによって前記軸上の所定の位置に焦点を重畳
させた光子密度の高い反応空間を形成することを特徴と
する請求項１に記載のＸ線発生装置。 - 【請求項３】 前記一方の鏡面群に属する各凹面鏡によ
り反射される光が平行ビームであり、前記他方の鏡面群
に属する各凹面鏡により反射される光が集中ビームであ
ることを特徴とする請求項１に記載のＸ線発生装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載のＸ線発生装置の少なく
とも２つが、前記反応空間の位置を共通にして併設さ
れ、 夫々の前記レーザー光発生手段により相互に波長の異な
るレーザー光が発生され、前記各レーザー光導入手段を
介して、前記各鏡面群間に導入され、それによって多色
のＸ線を同時に発生させることを特徴とするＸ線発生装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31644299A JP2001133600A (ja) | 1999-11-08 | 1999-11-08 | Ｘ線発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31644299A JP2001133600A (ja) | 1999-11-08 | 1999-11-08 | Ｘ線発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001133600A true JP2001133600A (ja) | 2001-05-18 |
Family
ID=18077143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31644299A Pending JP2001133600A (ja) | 1999-11-08 | 1999-11-08 | Ｘ線発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001133600A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006267068A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Research Foundation For Opto-Science & Technology | 放射光生成装置 |
| WO2006121125A1 (ja) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Ihi Corporation | 診断・治療用ｘ線切換え発生装置 |
| JP2006344731A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | レーザー光周回装置及びレーザー光周回方法 |
| JP2007248081A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Kyoto Univ | 光子ビーム発生装置及び該方法 |
| JP2008546152A (ja) * | 2005-06-02 | 2008-12-18 | マデイ，ジョン・エム・ジェイ | 光アンジュレータを使用する高効率単色ｘ線源 |
| US7724876B2 (en) | 2005-05-12 | 2010-05-25 | Ihi Corporation | Multi-color X-ray generator |
| JP2012502417A (ja) * | 2008-09-05 | 2012-01-26 | セントレ ナショナル デ ラ リシェルシェ サイエンティフィック（セ・エン・エル・エス） | ファブリーペロ型の増幅光共振器 |
| KR101365343B1 (ko) | 2012-02-27 | 2014-02-21 | 전남대학교산학협력단 | 국부적 방사선 치료 ｘ-선 바늘용 거울 모듈 |
-
1999
- 1999-11-08 JP JP31644299A patent/JP2001133600A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006267068A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Research Foundation For Opto-Science & Technology | 放射光生成装置 |
| JP4564385B2 (ja) * | 2005-03-25 | 2010-10-20 | 財団法人光科学技術研究振興財団 | 放射光生成装置 |
| WO2006121125A1 (ja) * | 2005-05-12 | 2006-11-16 | Ihi Corporation | 診断・治療用ｘ線切換え発生装置 |
| JP2006318745A (ja) * | 2005-05-12 | 2006-11-24 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 診断・治療用ｘ線切換え発生装置 |
| US7577236B2 (en) | 2005-05-12 | 2009-08-18 | Ihi Corporation | Device for switching/generating x-rays for diagnosis and curing |
| US7724876B2 (en) | 2005-05-12 | 2010-05-25 | Ihi Corporation | Multi-color X-ray generator |
| JP4612466B2 (ja) * | 2005-05-12 | 2011-01-12 | 株式会社Ｉｈｉ | 診断・治療用ｘ線切換え発生装置 |
| JP2008546152A (ja) * | 2005-06-02 | 2008-12-18 | マデイ，ジョン・エム・ジェイ | 光アンジュレータを使用する高効率単色ｘ線源 |
| JP2006344731A (ja) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | レーザー光周回装置及びレーザー光周回方法 |
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| KR101365343B1 (ko) | 2012-02-27 | 2014-02-21 | 전남대학교산학협력단 | 국부적 방사선 치료 ｘ-선 바늘용 거울 모듈 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Effective date: 20041126 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20041126 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 |