JP2003043198A - X線発生方法及びその装置 - Google Patents

X線発生方法及びその装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体をターゲットとして空気中でレーザーを
集光照射することによりプラズマを発生させ連続X線を
発生させることができるX線発生方法およびその装置を
提供する。 【解決手段】 CsCl,RbClなどの高濃度電解質
水溶液をポンプ2で循環させ、ガラスノズル3によりジ
ェット状に噴出させたその高濃度電解質水溶液膜表面に
フェムト秒レーザーパルス6を対物レンズ7を介して集
光照射することによりパルスX線を発生させることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、X線発生方法及び
その装置に係り、特に、液体をターゲットとしてレーザ
ーを照射することにより発生するプラズマからのX線発
生方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】パルスX線の物理化学への展開を考える
上で、光源の汎用化小型化は必須であるが、従来のパル
スX線発生の場合は、いずれも真空チャンバー内にある
金属箔や希ガスジェットをターゲットとする手法であっ
た。本願発明者らはこれらに代わり大気圧下で利用可能
なパルスX線光源の開発及びその利用をめざして実験を
行っている。
【0003】既に光励起型X線管とレーザーにより発生
させたピコ秒パルスX線を励起光とした時の有機分子固
体の蛍光挙動に関して、X線励起に特徴的な元素依存性
を見い出している〔畑中他、光化学討論会2000講演
要旨集、2A29(札幌2000)〕。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
のX線発生装置には真空系が付随していたり、真空封入
の状態で使用されることになり、真空環境が不可欠であ
った。
【0005】従来の固体をターゲットとするレーザープ
ラズマからのX線発生では、アブレーション現象のため
に長時間の安定なX線の発生ができなかった。また、タ
ーゲットの再利用も不可能であった。
【0006】本発明は、上記状況に鑑みて、液体をター
ゲットとして空気中でレーザーを集光照射することによ
りプラズマを発生させ連続X線を発生させることができ
るX線発生方法及びその装置を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕X線発生方法において、大気中で電解質水溶液の
流れを作り、これにレーザー光を集光照射して前記電解
質水溶液中にプラズマを発生させ、おもに電子軌道がイ
オン核で曲げられる際のエネルギー損失による制動輻射
として連続X線を発生させることを特徴とする。
【0008】〔2〕上記〔1〕記載のX線発生方法にお
いて、レーザー光の強度を変化させることにより、X線
の発光強度を変えることを特徴とする。
【0009】〔3〕上記〔1〕記載のX線発生方法にお
いて、前記電解質水溶液の種類を変化させることによ
り、X線のスペクトル形状を変えることを特徴とする。
【0010】〔4〕上記〔1〕記載のX線発生方法にお
いて、前記電解質水溶液の濃度を変化させることによ
り、X線の発光強度ならびにスペクトル形状を変えるこ
とを特徴とする。
【0011】〔5〕X線発生装置において、大気中で電
解質水溶液の流れを供給する手段と、前記電解質水溶液
の流れにレーザー光を集光照射する手段と、前記電解質
水溶液中にプラズマを発生させ、おもに電子軌道がイオ
ン核で曲げられる際のエネルギー損失による制動輻射と
して連続X線を発生させる手段とを具備することを特徴
とする。
【0012】〔6〕上記〔5〕記載のX線発生装置にお
いて、前記電解質水溶液がCsCl、RbClであるこ
とを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
【0014】図1は本発明の実施例を示すX線発生装置
の模式図である。
【0015】この図において、1は電解質水溶液を入れ
る容器、2はその電解質水溶液を汲み上げるポンプ、3
はガラスノズル、4は溶液ジェット膜、5は電解質水溶
液を回収する漏斗、6はフェムト秒レーザーパルス(C
lark MXR.,CPA−2001)、130fs,
775nm,1kHz,<1mJ/pulse、7は対
物レンズ(ミツトヨM Plan Apo 10),N
A=0.28、8はGeエネルギー分析器(EG&G
Ortec、GLP−25440−S、感度領域3ke
V以上)、9はコンピュータ、10はX線イメージイン
テンシファイアー(浜松ホトニクス,V7739P)、
11はCCDカメラ(ソニー XC−7500)、12
はストリークカメラ(浜松ホトニクス,C2830)で
ある。
【0016】このように構成したX線発生装置を用い
て、CsCl,RbClなどの高濃度電解質水溶液をポ
ンプ2で循環させ、ガラスノズル3によりジェット状に
噴出させたその高濃度電解質水溶液膜表面にフェムト秒
レーザーパルス6を対物レンズ7を介して集光照射する
ことによりパルスX線を発生させた。
【0017】そこで、発生するパルスX線のエネルギー
スペクトルをGeエネルギー分析器8により測定したと
ころ、およそ40keV以下のX線が発生していること
がすでに明らかとなっている。
【0018】また、上記した電解質水溶液表面にフェム
ト秒レーザーパルス6を対物レンズ7を介して集光照射
することにより、パルスX線を発生させ、そのパルスX
線のイメージをX線イメージインテンシファイアー10
により撮影するとともに、ストリークカメラ12により
可視・紫外光領域においてピコ秒時間分解発光分光測定
を行った。
【0019】この実施例によれば、大気中でのX線発生
を可能にするとともに、水溶液をポンプで循環すること
で常に清浄なターゲット表面を供給することができ、ま
た用いる水溶液も繰り返し利用することが可能となるこ
とで、長時間の安定なX線の発生が可能となった。
【0020】図2は本発明の実施結果を示す電解質の水
溶液面で発生するパルスX線の光源像ならびにストリー
ク像である。
【0021】図2(a)は低濃度の塩化鉄などの水溶液
の場合、図2(b)は高濃度の塩化鉄などの水溶液の場
合、図2(c)は波長に対する経過時間特性図である。
【0022】図2(a),図2(b)から明らかなよう
に、電解質(塩化鉄など)の水溶液の濃度の増加に伴い
液面内部からのX線強度が低下しているが、これは金属
イオンなどによる再吸収がその原因と考えられる。ま
た、図2(c)に示すように、発光挙動をみると、時間
の経過とともに発光ピーク波長が長波長側にシフトして
いくのが観測されている。これは制動放射に基づく発光
と考えられ、より早い時間域でX線が発生し、その後、
時間とともにプラズマ温度が低下していることを示唆す
る結果と考えられる。
【0023】図3は本発明のレーザ強度に依存するX線
放射スペクトルを示す図である。
【0024】この図においては、溶液6.5mol/L
(ここで、Lはリットルを示している)において、レー
ザ強度をa:0.46mJ/パルス、b:0.41mJ
/パルス、c:0.36mJ/パルス、d:0.33m
J/パルスの場合のX線放射カウントを示しており、a
の場合は電子温度Te=7.4keV、bの場合は電子
温度Te=4.3keV、cの場合は電子温度Te=
3.0keV、dの場合は電子温度Te=2.4keV
となっている。なお、電子温度Teが高いと、全体平均
としての電子のエネルギーが高い。
【0025】この図から明らかなように、レーザー光の
強度を変化させることにより、X線エネルギーの強度を
変えることができることがわかる。
【0026】図4は本発明の陽イオンZ番号に依存する
X線放射スペクトルを示す図である。
【0027】この図において、aはCsClの3.3m
ol/L、bはRbClの4.1mol/LでのX線強
度を示している。
【0028】この図から明らかなように、電解質水溶液
の種類を変化させることにより、X線エネルギーの強度
を変えることができることがわかる。
【0029】図5は本発明の溶液の濃度に依存するX線
放射スペクトルを示す図である。
【0030】この図において、CsClの濃度、つま
り、aはCsCl6.5mol/L,bは3.3mol
/Lに対するX線強度を示している。
【0031】この図から明らかなように、CsCl溶液
の濃度が高いとX線放射スペクトルは高く、CsCl溶
液の濃度が低いとX線放射スペクトルは低いことがわか
る。つまり、溶液の濃度を変化させると、X線エネルギ
ーの強度を変えることができることがわかる。
【0032】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0033】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【0034】(A)大気中でのX線発生を可能にすると
ともに、長時間安定なパルスX線を供給することが可能
となることから、時間分解X線回析法など、時間を要す
る測定法のための光源として利用が考えられ、材料開発
や生物科学の分野に多大な貢献をすることができる。
【0035】(B)3−40keV程度の白色X線が得
られる。なお、従来のX線発生方法では特性X線ピーク
が混在するが、本発明では特性X線ピークが混在しない
エネルギー域で連続(白色)X線を得ることができる。
【0036】(C)点光源を得ることができる。
【0037】(D)ターゲットの劣化が無視できる。
【0038】(E)X線発生強度の時間安定性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すX線発生装置の模式図で
ある。
【図2】本発明の実施結果を示す電解質の水溶液面で発
生するパルスX線の光源像ならびにストリーク像であ
る。
【図3】本発明のレーザ強度に依存するX線発光スペク
トルを示す図である。
【図4】本発明の陽イオンZ番号に依存するX線発光ス
ペクトルを示す図である。
【図5】本発明の溶液の濃度に依存するX線発光スペク
トルを示す図である。
【符号の説明】
1 電解質水溶液を入れる容器 2 ポンプ 3 ガラスノズル 4 溶液ジェット膜 5 電解質水溶液を回収する漏斗 6 フェムト秒レーザーパルス 7 対物レンズ 8 Ge エネルギー分析器 9 コンピュータ 10 X線イメージインテンシファイアー 11 CCDカメラ 12 ストリークカメラ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大気中で電解質水溶液の流れを作り、こ
    れにレーザー光を集光照射して前記電解質水溶液中にプ
    ラズマを発生させ、おもに電子軌道がイオン核で曲げら
    れる際のエネルギー損失による制動輻射として連続X線
    を発生させることを特徴とするX線発生方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のX線発生方法において、
    レーザー光の強度を変化させることにより、X線の発光
    強度を変えることを特徴とするX線発生方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のX線発生方法において、
    前記電解質水溶液の種類を変化させることにより、X線
    のスペクトル形状を変えることを特徴とするX線発生方
    法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のX線発生方法において、
    前記電解質水溶液の濃度を変化させることにより、X線
    の発光強度ならびにスペクトル形状を変えることを特徴
    とするX線発生方法。
  5. 【請求項5】(a)大気中で電解質水溶液の流れを供給
    する手段と、(b)前記電解質水溶液の流れにレーザー
    光を集光照射する手段と、(c)前記電解質水溶液中に
    プラズマを発生させ、おもに電子軌道がイオン核で曲げ
    られる際のエネルギー損失による制動輻射として連続X
    線を発生させる手段とを具備することを特徴とするX線
    発生装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載のX線発生装置において、
    前記電解質水溶液がCsCl、RbClであることを特
    徴とするX線発生装置。
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