JP2003151800A - Ultra-high luminance radiation light generation method and device - Google Patents

Ultra-high luminance radiation light generation method and device

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JP2003151800A
JP2003151800A JP2001345924A JP2001345924A JP2003151800A JP 2003151800 A JP2003151800 A JP 2003151800A JP 2001345924 A JP2001345924 A JP 2001345924A JP 2001345924 A JP2001345924 A JP 2001345924A JP 2003151800 A JP2003151800 A JP 2003151800A
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laser
electron
light
ultra
path
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Kazuo Imazaki
一夫 今崎
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Institute for Laser Technology
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Institute for Laser Technology
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain, with a compact and small scale facility, an ultra-high luminance radiation light in which the number of photons is peak, with a Compton scattering system in which the radiation light of higher energy level than that of a braking radiation system and with the energy level capable of nuclear transformation for nuclear annihilation treatment of a radioactive waste. SOLUTION: This ultra-high luminance radiation light generation device comprises a photon storage cavity 10 and a second electron storage ring 20. A laser radiation of circular polarized light generated in a free electron laser 14 of the photon storage cavity 10 is stored in a first optical resonator 16, and is stored at a higher degree in a second optical resonator 18. Based on a special Compton scattering in which a rotation opposite to a rotation of the circular polarized light of the laser radiation is applied to a bunch of an electron beam stored in the second electron storage ring 20 whereby collision is done such that a product of both helicity values is a maximum negative value nearest to a theoretical value -1 in a mutually acting region, the ultra-high luminance radiation light which becomes peak with the predetermined energy level is generated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、放射性廃棄物の
消滅処理や高エネルギ光子の照射で核分裂を生じさせて
熱エネルギを発生させる原子炉の照射光源等として用い
られる超高輝度放射光発生方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for generating super-bright radiant light used as an irradiation light source for a nuclear reactor, which produces heat energy by causing nuclear fission by annihilation treatment of radioactive waste and irradiation of high energy photons. And equipment.

【0002】[0002]

【従来の技術】ウランやプルトニウムなどの放射性核物
質の分裂等の反応に伴って発生するγ線は短波長の放射
性を帯びた電磁波の一種であり、医学的な治療や放射性
核廃棄物の消滅処理等に利用することができる。γ線を
発生させる方法としては、タングステンやタンタルなど
のターゲット物質に電子ビームを当てて発生させる制動
放射による方法が一般的である。制動放射によるγ線
は、原子核とこれを取巻く電子の系から成る原子に対し
て外部から電子がこの系の中に入ることにより原子核−
電子のなす系の電界により減速され、この減速によりエ
ネルギが放射光に変わり発生する。
2. Description of the Related Art γ-rays generated by reactions such as fission of radioactive nuclear materials such as uranium and plutonium are a kind of electromagnetic waves with short-wavelength radiation, and are used for medical treatment and disappearance of radioactive nuclear waste. It can be used for processing. As a method for generating γ-rays, a method using bremsstrahlung generated by applying an electron beam to a target material such as tungsten or tantalum is generally used. Gamma rays due to bremsstrahlung are nuclei--
It is decelerated by the electric field of the system formed by the electrons, and due to this deceleration, energy is changed to radiated light and generated.

【0003】制動放射による放射光の発生では、電子の
エネルギは原子の運動エネルギ、電離エネルギ、励起エ
ネルギなどに使われ、制動放射に使われるエネルギはほ
んの一部分であり、極めて発生効率が悪い。このため、
制動放射よりさらに発生効率が高い方法として、特開平
7−110400号公報により「高輝度X線又はγ線の
発生方法及び装置」が提案されている。この公報による
放射光の発生は、光共振器を成す光子蓄積空胴内に蓄積
されたレーザ光に対して電子ビームを交差させ、コンプ
トン散乱により高輝度放射光を発生させるようにしたも
のである。
In the generation of synchrotron radiation by bremsstrahlung, the energy of electrons is used for the kinetic energy, ionization energy, excitation energy of atoms, etc., and the energy used for bremsstrahlung is only a part, and the generation efficiency is extremely low. For this reason,
As a method having a higher generation efficiency than bremsstrahlung, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-110400 proposes "a method and apparatus for generating high-intensity X-rays or γ-rays". The generation of synchrotron radiation according to this publication is such that the electron beam crosses the laser light accumulated in the photon accumulation cavity forming the optical resonator, and high-intensity radiant light is generated by Compton scattering. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、高輝度γ線
は前述した放射性核廃棄物の消滅処理などの限られた用
途に利用できるが、そのエネルギレベルが現在得られる
よりさらに高輝度のレベルになれば、放射性核廃棄物に
これを照射して核変換をして核消滅処理をし、かつ熱エ
ネルギを得る新方式の原子炉に利用することが可能とな
る。このような高輝度γ線を制動放射の方法により発生
させて核廃棄物に照射し核分裂をさせる方式が既に提案
されたことがある。しかし、制動放射方式のγ線の発生
効率が悪く、これを用いた核変換に要するエネルギが大
きくて核分裂で生じるエネルギ以上となるため、この制
動放射方式のγ線による原子力発電方式は実際には採用
できないものとされた。しかし、前述したコンプトン散
乱方式による放射光の発生方法を改良すればさらに超高
輝度のγ線を得ることができるという可能性がある。そ
こで、本発明者は上記コンプトン散乱方式の放射光発生
方法についてさらに研究を続け、超高輝度γ線を得る方
法及び装置に到達したものである。
By the way, the high-intensity γ-rays can be used for limited applications such as the above-mentioned radioactive nuclear waste annihilation treatment, but the energy level thereof is higher than that currently obtained. Then, it becomes possible to irradiate the radioactive nuclear waste to transmutate it to perform nuclear annihilation processing and to use it in a new system nuclear reactor for obtaining thermal energy. A method has already been proposed in which such high-intensity γ-rays are generated by the method of bremsstrahlung to irradiate nuclear waste to cause nuclear fission. However, since the generation efficiency of γ-rays of the bremsstrahlung method is low and the energy required for transmutation using this is large and more than the energy generated by nuclear fission, the nuclear power generation method using γ-rays of this bremsstrahlung method is actually It was decided that it could not be adopted. However, there is a possibility that γ-rays of even higher brightness can be obtained by improving the method of generating synchrotron radiation by the Compton scattering method described above. Therefore, the present inventor further researched the above-mentioned Compton scattering method of generating synchrotron radiation, and arrived at a method and apparatus for obtaining ultra-high brightness γ-rays.

【0005】前述の従来のコンプトン散乱方式の放射光
発生方法では、レーザ光は光蓄積空胴内に蓄積される
が、電子は空胴内のレーザ光と1回又はせいぜい数回程
度交叉するだけであり、発生するγ線のエネルギは制動
放射方式より高いが、なお不十分である。又、発生した
放射光のエネルギスペクトルについて、スペクトルの核
共鳴への結合性はよいが、断面積が小さいため、膨大な
エネルギの光と電子ビームを必要とする。
In the above-mentioned conventional Compton scattering type radiation generation method, the laser light is accumulated in the light accumulating cavity, but the electrons only cross the laser light in the cavity once or at most several times. The energy of the γ rays generated is higher than that of the bremsstrahlung method, but still insufficient. Further, regarding the energy spectrum of the generated radiated light, although the spectrum has good coupling to nuclear resonance, it requires light and an electron beam with enormous energy because of its small cross-sectional area.

【0006】この発明は、上記の問題に留意して、制動
放射方式より高いエネルギレベルの放射光を得られるコ
ンプトン散乱方式で、かつ放射性廃棄物の核消滅処理の
ための核変換を可能とするエネルギレベルで、光子数が
ピークとなるような超高輝度放射光をコンパクトで小規
模な設備で得ることができる超高輝度放射光発生方法及
び装置を得ることを課題とする。
[0006] In view of the above problems, the present invention enables the transmutation for the nuclear annihilation treatment of radioactive waste by the Compton scattering method which can obtain the synchrotron radiation of higher energy level than the bremsstrahlung method. An object of the present invention is to obtain an ultra-high brightness radiant light generation method and device which can obtain ultra-high brightness radiant light having a peak number of photons at an energy level with a compact and small-scale facility.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決する手段として、レーザ発生部からのレーザ光を
レーザ発生部を通って循環させ又は多段状に往復させて
レーザ光を発振させ、その光子を蓄積した光子蓄積経路
内の光子に、相対論的速度に加速された電子ビームを循
環して蓄積した電子蓄積経路内の電子を、両経路を部分
的に共通とした相互作用領域で、両者の進行方向に対す
る粒子スピンの回転の向きが逆向きに両者のヘリシティ
積が理論値−1に最も近い最大の負値となるように衝突
させて超高輝度放射光を発生させるようにした超高輝度
放射光発生方法としたのである。
As a means for solving the above problems, the present invention oscillates laser light from a laser generator by circulating it through the laser generator or reciprocating in multiple steps. , An interaction region where electrons in the electron storage path accumulated by circulating an electron beam accelerated to a relativistic velocity are partially shared by the photons in the photon storage path that have accumulated the photons. In order to generate ultra-high brightness synchrotron radiation, the spin directions of the particle spins are opposite to each other and the helicity products of the two particles collide so as to have the maximum negative value that is closest to the theoretical value -1. This is the method of generating super bright radiant light.

【0008】上記の方法を実施する装置として、レーザ
光を発生するレーザ発生部、及びこのレーザ発生部を通
り複数の超高反射ミラーで循環させ又は多段状に往復さ
せてレーザ光を発振させその光子を蓄積する光共振器を
有する光子蓄積空胴と、電子ビームを加速器で光速に近
い速度に加速された電子ビームを循環して蓄積する電子
蓄積リングとを備え、光子蓄積空胴の経路と電子蓄積リ
ングの経路を部分的に共通に設け、この共通経路の相互
作用域で、光子に電子ビームを両者の進行方向に対する
回転の向きが逆向きに両者のヘリシティ積が理論値−1
に最も近い最大の負値となるように衝突させて超高輝度
放射光を発生させるように構成した超高輝度放射光発生
装置とすることができる。
As an apparatus for carrying out the above method, a laser generating section for generating a laser beam and a plurality of ultra-high reflection mirrors passing through the laser generating section are circulated or reciprocated in multiple stages to oscillate the laser beam. A photon storage cavity having an optical resonator for storing photons, and an electron storage ring for circulating and storing an electron beam accelerated by an accelerator to a speed close to the speed of light are provided. The path of the electron storage ring is partially provided in common, and in the interaction area of this common path, the rotation direction of the electron beam with respect to the photon is opposite to the traveling direction of the photon and the helicity product of both is theoretical value -1.
It is possible to provide an ultra-high brightness radiant light generation device configured to generate an ultra-high brightness radiant light by colliding so as to have a maximum negative value closest to.

【0009】かかる構成としたこの発明の放射光発生方
法及び装置によれば、従来の如何なる方式の方法、装置
による放射光より小規模の設備で高いエネルギレベルか
つ光子数のγ線放射光が得られる。このような放射光
は、高エネルギレベルのレーザ光と高輝度の電子を衝突
させ、特殊コンプトン散乱方式に基づいて発生させる。
特殊コンプトン散乱方式とは、次のような特定の条件下
で行なわれるものである。
According to the method and apparatus for generating radiant light of the present invention having such a structure, gamma ray radiant light having a higher energy level and a larger number of photons can be obtained with a facility smaller than the radiant light by any conventional method and device. To be Such radiated light causes high-energy level laser light and high-brightness electrons to collide with each other and is generated based on a special Compton scattering method.
The special Compton scattering method is performed under the following specific conditions.

【0010】まず、レーザ光も電子ビームも高エネルギ
レベルにエネルギを高めるため、レーザ光は光子蓄積経
路内に循環させるか又は多段状に往復させて蓄積し、又
電子ビームも電子蓄積経路内に循環させて蓄積する。こ
の場合、レーザ光はレーザ発生部で発生した自発放射光
を循環又は往復させて新たに発生する放射光に重畳して
発振させる際に、発振したレーザ光は必ずレーザ発生部
を再度通り、新たに発生する自発放射光がそこでさらに
重畳されて高エネルギレベルとされる。電子ビームは、
加速器で相対論的速度に加速された状態で循環経路内を
循環するが、軌道を曲げられる際にシンクロトロン放射
光を生じることによるロスで速度が低下する分は経路内
で再加速され、これによって常に高エネルギレベルで循
環する。
First, in order to increase the energy of both the laser beam and the electron beam to a high energy level, the laser beam is circulated in the photon accumulation path or accumulated in a reciprocating manner in multiple stages, and the electron beam is also accumulated in the electron accumulation path. Circulate and accumulate. In this case, when the laser light circulates or reciprocates the spontaneous emission light generated in the laser generator and oscillates by superimposing on the newly generated emission light, the oscillated laser light always passes through the laser generator again, Spontaneous radiation generated in the above is further superposed there to have a high energy level. Electron beam
It circulates in the circulation path while being accelerated to the relativistic velocity by the accelerator, but the loss of velocity due to the loss of synchrotron radiation when the orbit is bent is re-accelerated in the route. Always circulates at a high energy level.

【0011】経路内に蓄積されるレーザ光は、循環又は
往復して相互作用域を通過する際に円偏光でなければな
らない。従って、レーザ発生部は、例えばヘリカルウイ
グラを用いた自由電子レーザを用いると発生するレーザ
光が円偏光として得られる。ヘリカルウイグラを用いる
場合以外では、例えば直線偏光として発生したレーザ光
の場合は偏光板や回転偏光素子を用いて円偏光として送
り出す。
The laser light stored in the path must be circularly polarized as it circulates or travels back and forth through the interaction zone. Therefore, in the laser generator, for example, a laser beam generated by using a free electron laser using a helical wiggler is obtained as circularly polarized light. Except when the helical wiggler is used, for example, in the case of laser light generated as linearly polarized light, it is sent out as circularly polarized light using a polarizing plate or a rotating polarization element.

【0012】一方、電子ビームも相互作用域で衝突する
際に所定方向に回転している必要がある。この回転は、
電子ビームの軌道を曲げて循環させる際に電磁石の作用
が電子に回転スピンを与えるが、この回転スピンは電子
が光速に近い速度で進行するため進行速度と合成されて
電子が進行方向に回転しているように振る舞う。そし
て、この電子の回転は予めレーザ光の光子の回転と逆向
きとなるように調整しておけば、両者が互いに衝突した
際のヘリシティ積が理論上は−1となる。このヘリシテ
ィ積は、実際は電子の回転と光子の回転を種々に調整し
ても−0.6〜−0.7程度が最大の負値として取り得
る最も近い値である。
On the other hand, the electron beam also needs to rotate in a predetermined direction when colliding in the interaction region. This rotation is
When the orbit of the electron beam is bent and circulated, the action of an electromagnet gives a rotating spin to the electron.This rotating spin is combined with the traveling speed because the electron progresses at a speed close to the speed of light, and the electron rotates in the traveling direction. Behave like you are. If the rotation of the electrons is adjusted in the opposite direction to the rotation of the photon of the laser light in advance, the helicity product when the two collide with each other is theoretically -1. This helicity product is actually the closest possible negative value of about -0.6 to -0.7 even if the rotation of electrons and the rotation of photons are variously adjusted.

【0013】電子ビームが相互作用域で光子と衝突する
と、その相互作用による反動で電子は軌道を外れようと
する。これを所定の範囲内に押さえる必要があり、この
ためには相互作用するレーザ光の波長はある程度長いも
のである必要がある。実際には1μm〜100μm程度
の赤外〜遠赤外域のレーザ光が用いられる。これは、波
長が長ければ、その波長の範囲内で電子の進行を本来の
軌道上に引き戻すことができるからである。
When the electron beam collides with a photon in the interaction region, the reaction tends to cause the electron to deviate from its orbit. It is necessary to keep this within a predetermined range, and for this purpose, the wavelength of the interacting laser light needs to be long to some extent. In practice, laser light in the infrared to far infrared region of about 1 μm to 100 μm is used. This is because if the wavelength is long, the electron progress can be returned to the original orbit within the range of the wavelength.

【0014】相互作用域で効率よく超高輝度放射光を得
るためには、レーザ光と電子ビームのバンチはそれぞれ
パルス状とし、かつそれぞれの周波数を相互作用域で衝
突の度合いが高くなるよう相互に時間と空間で整合性を
持つよう予め調整する。このため、電子ビームのバンチ
の周波数にレーザ光の周波数を一致させるようにする
か、もしくは電子の周回の適切な倍数にレーザ光の発振
周波数を合せる。
In order to efficiently obtain ultra-high brightness radiated light in the interaction region, the bunches of the laser beam and the electron beam are pulsed, and the frequencies of the laser beams and the electron beams are mutually changed so that the degree of collision is high in the interaction region. Pre-adjust to be consistent in time and space. Therefore, the frequency of the laser light is made to match the frequency of the bunch of the electron beam, or the oscillation frequency of the laser light is adjusted to an appropriate multiple of the circulation of the electrons.

【0015】このような条件下で発生する特殊コンプト
ン散乱方式では、発生する放射光の光子数のエネルギス
ペクトル分布が所定のエネルギレベルでピークとなり、
散乱光のエネルギを特定のエネルギレベルに集中して対
象物に照射できることとなる。
In the special Compton scattering method that occurs under such conditions, the energy spectrum distribution of the number of photons of the emitted light peaks at a predetermined energy level,
The energy of scattered light can be concentrated on a specific energy level to irradiate an object.

【0016】[0016]

【実施の形態】以下、この発明の実施の形態について図
面を参照して説明する。図1は第1実施形態の超高輝度
放射光発生装置の全体概略構成図を示す。この実施形態
の放射光発生装置は、図示のように、循環式の光子蓄積
空胴10と電子蓄積リング20の組合せによるものであ
る。光子蓄積空胴10は、自由電子レーザ14と発生し
たレーザ光を蓄積する光子蓄積リング17とを備えてい
る。自由電子レーザ14は、ヘリカルウイグラ14aか
ら成り、ヘリカルコイルにより形成される螺旋磁界に対
し電子ビームが相対論的速度(光速に近い速度)で導入
され、その相互作用によりレーザ光を発生する形式のも
のであり、このレーザ光は円偏光をなす。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall schematic configuration diagram of an ultra-high brightness synchrotron radiation light generating apparatus according to the first embodiment. The synchrotron radiation generator of this embodiment is based on a combination of a circulating photon storage cavity 10 and an electron storage ring 20, as shown in the figure. The photon storage cavity 10 includes a free electron laser 14 and a photon storage ring 17 that stores the generated laser light. The free electron laser 14 is composed of a helical wiggler 14a, in which an electron beam is introduced at a relativistic velocity (a velocity close to the speed of light) with respect to a helical magnetic field formed by a helical coil, and a laser beam is generated by its interaction. The laser light is circularly polarized.

【0017】上記自由電子レーザ14は、電子銃11か
ら射出された電子ビーム(図示の例ではパルス状)をR
F(高周波)加速器12により相対論的速度に加速し、
電磁石13a、13bを介してヘリカルウイグラ14a
の一端から導入されてレーザ光を生起する。ヘリカルウ
イグラ14aのヘリカルコイルには所定の電流が導通さ
れ、このコイルによって作られる異なる向きの磁界の作
用を受けて電子ビームが加速、減速され、これによって
レーザ光が発生する。電子ビームはヘリカルウイグラ1
4aを出た後第1電子蓄積リング15のそれぞれの電磁
石13d〜13gにより循環しながら、再びヘリカルウ
イグラへ戻されて利用される。なお、第1電子蓄積リン
グ15には循環経路中に電子ビームを再加速するRF空
胴部が設けられ、又電子ビームの経路は経路ダクトで囲
まれているが、いずれも複雑化するのを避けるため図示
省略されている。
The free electron laser 14 emits an electron beam (pulse-shaped in the illustrated example) emitted from the electron gun 11 to the R-beam.
F (high frequency) accelerator 12 accelerates to a relativistic velocity,
Helical wiggler 14a through electromagnets 13a and 13b
Is introduced from one end to generate laser light. A predetermined current is conducted to the helical coil of the helical wiggler 14a, the electron beam is accelerated and decelerated by the action of the magnetic fields of different directions created by this coil, and thereby laser light is generated. Electron beam is helical wiggler 1
After exiting 4a, the electromagnets 13d to 13g of the first electron storage ring 15 circulate and return to the helical wiggler for use. It should be noted that the first electron storage ring 15 is provided with an RF cavity for re-accelerating the electron beam in the circulation path, and the path of the electron beam is surrounded by a path duct. It is not shown in the figure for avoidance.

【0018】自由電子レーザ14で発生したレーザ光
は、複数組のミラー16a、16から成る光蓄積手段1
7内に蓄積される。図示の例ではミラー16aは平板状
の反射ミラーが用いられ、自由電子レーザ14の両端の
外側2箇所に設けられているが、2箇所以上に設けた多
角形状の循環経路としてもよい。他の1対のミラー16
b、16bは凹面状の共振器ミラーが2箇所設けられた
ものであり、後で説明するように共振器ミラー16b、
16b間の相互作用域でレーザ光を最小スポット径に集
光共振させるためである。
The laser beam generated by the free electron laser 14 is a light accumulating means 1 comprising a plurality of sets of mirrors 16a, 16.
Accumulated in 7. In the illustrated example, the mirror 16a is a plate-shaped reflection mirror and is provided at two locations outside both ends of the free electron laser 14, but it may be a polygonal circulation path provided at two or more locations. Another pair of mirrors 16
b and 16b are provided with concave resonator mirrors at two positions. As will be described later, the resonator mirrors 16b and 16b
This is because the laser beam is focused and resonated to the minimum spot diameter in the interaction region between 16b.

【0019】さらに、上記共振器ミラー16b、16b
の間には相互作用域の外側に位置して一対の透過形ファ
ブリペロ方式の光共振器ミラー18、18が設置されて
いる。この共振器ミラー18、18は、上記循環経路を
循環するレーザ光の持つ電磁場に電子ビームを送り込む
ことによりレーザアンジュレータを形成するものであ
る。この共振器ミラー18、18は送り込まれるレーザ
光を共振器ミラー間でさらに位相を調整してその間に強
力なレーザ光を蓄積する。共振器ミラー18、18は透
過形ミラーであり、例えば反射率80%、透過率20%
となるように反射剤を塗布したものである。
Further, the resonator mirrors 16b and 16b are provided.
A pair of transmissive Fabry-Perot type optical resonator mirrors 18, 18 are installed between the two, outside the interaction area. The resonator mirrors 18 and 18 form a laser undulator by sending an electron beam to the electromagnetic field of the laser light circulating in the circulation path. The resonator mirrors 18 and 18 further adjust the phase of the laser light sent between the resonator mirrors, and accumulate strong laser light in the meantime. The resonator mirrors 18, 18 are transmissive mirrors, and have a reflectance of 80% and a transmittance of 20%, for example.
A reflecting agent is applied so that

【0020】上記共振器ミラー18、18との間には第
2電子蓄積リング20の循環経路の一部が相互作用域を
形成するため共通に設けられている。この電子蓄積リン
グ20は、電子ビームを生成する電子銃21からの電子
ビームをRF加速器22で相対論的速度に加速し、電磁
石23aを通り、電磁石23bで軌道を曲げ、相互作用
域へ進行させ、23cを出ると複数組の電磁石23d、
23e、23fなどにより循環経路を循環するように形
成されている。電磁石23a〜23fの配置構成は六角
状の多角形を示したが、六角形以上の他の形状の多角形
としてもよい。この電子蓄積リングでもRF空胴部、経
路ダクトが設けられるが、図示簡略化のため省略してい
る。
A part of the circulation path of the second electron storage ring 20 is commonly provided between the resonator mirrors 18 and 18 to form an interaction area. This electron storage ring 20 accelerates an electron beam from an electron gun 21 that generates an electron beam to a relativistic velocity by an RF accelerator 22, passes through an electromagnet 23a, bends an orbit by an electromagnet 23b, and advances to an interaction region. , 23c, a plurality of sets of electromagnets 23d,
It is formed so as to circulate in the circulation path by 23e, 23f and the like. Although the arrangement configuration of the electromagnets 23a to 23f is a hexagonal polygon, it may be a polygon having another shape than the hexagon. An RF cavity portion and a path duct are also provided in this electron storage ring, but they are omitted for simplicity of illustration.

【0021】上記電子蓄積リング20の一部経路を共振
器ミラー18、18間の経路に共用することにより、共
振器ミラー18、18はレーザアンジュレータを形成し
ている。但し、電子ビームの進行方向は、図示の矢印で
示すように、レーザ光が循環経路を移動する方向と反対
向きである。電磁石23bと23cの間の相互作用域で
レーザ光に電子ビームが衝突することによりγ線の放射
光が発生し、共振器ミラー18、18がこの放射光の発
振を増大させて一方の共振器ミラー18(図では左側)
から射出され、集光ミラー16bを透過して外部へ出力
される。
The resonator mirrors 18 and 18 form a laser undulator by sharing a part of the path of the electron storage ring 20 with the path between the resonator mirrors 18 and 18. However, the traveling direction of the electron beam is opposite to the direction in which the laser light moves along the circulation path, as shown by the arrow in the figure. The electron beam collides with the laser beam in the interaction region between the electromagnets 23b and 23c to generate γ-ray emission light, and the resonator mirrors 18, 18 increase the oscillation of this emission light to cause one resonator to oscillate. Mirror 18 (left side in the figure)
Is emitted from the light source, passes through the condenser mirror 16b, and is output to the outside.

【0022】上記構成の超高輝度放射光発生装置では、
コンプトン散乱方式に基づくMeV級の高エネルギ光子
のγ線が得られる。このような高エネルギ光子を得るた
めの条件として、使用されるレーザ光は円偏光であるこ
と、又レーザ光の波長は1〜100μm程度のある程度
長い(赤外〜遠赤外)こと、さらに電子蓄積リング20
との整合をとるためにパルス光であることが必要であ
る。このため、図示の例では、自由電子レーザ14はヘ
リカルウイグラ14aを用いている。但し、周期的に極
性が異なる複数の電磁石から成るウイグラを用いる場合
は、出力光に対し偏光板や回転偏光素子を挿入して円偏
光として循環させるようにしてもよい。
In the ultra-high brightness synchrotron radiation generator having the above structure,
MeV-class high-energy photon γ-rays based on the Compton scattering method can be obtained. As conditions for obtaining such high-energy photons, the laser light used is circularly polarized, the wavelength of the laser light is somewhat long (infrared to far infrared) of about 1 to 100 μm, and electron Storage ring 20
It is necessary to be pulsed light in order to match with. Therefore, in the illustrated example, the free electron laser 14 uses the helical wiggler 14a. However, when a wiggler composed of a plurality of electromagnets having different polarities periodically is used, a polarizing plate or a rotary polarizing element may be inserted into the output light to circulate it as circularly polarized light.

【0023】自由電子レーザ14で発生するレーザ光
は、RF加速器12からの電子ビームのバンチをレーザ
光の発振周波数がγ線放射光を発生させるのに適合する
ものとなるよう予め調整して送り出し、ヘリカルウイグ
ラ14aでの周期的な電磁場との相互作用によりパルス
レーザ光が発生する。電子ビームはその後第1蓄積リン
グ15を循環し、図示しないRF空胴で再加速され、繰
り返し使用される。
The laser beam generated by the free electron laser 14 is sent out with the bunch of the electron beam from the RF accelerator 12 adjusted in advance so that the oscillation frequency of the laser beam is suitable for generating γ-ray emission light. , Pulsed laser light is generated by the interaction with the periodic electromagnetic field in the helical wiggler 14a. The electron beam then circulates in the first storage ring 15, is re-accelerated in an RF cavity (not shown), and is repeatedly used.

【0024】レーザ光は反射ミラー16a、集光ミラー
16bを経由して循環し、再びヘリカルウイグラ14a
を通過する毎に新たに発生するレーザ光が重畳されて次
第に増幅される。このとき、レーザ光は1〜100μm
の比較的波長が長いものであるため、新たなレーザ光の
位相が少しずれていても循環経路内で位相が揃えられて
共振状態となる。従って、これにより反射ミラー16、
集光ミラー16bで形成される第1光共振器16内に強
力なレーザ光が蓄積される。
The laser light circulates via the reflection mirror 16a and the condenser mirror 16b, and again the helical wiggler 14a.
The laser light newly generated each time the laser beam passes through is overlapped and gradually amplified. At this time, the laser beam is 1 to 100 μm
Since the wavelength of the laser light is relatively long, even if the phase of the new laser light is slightly deviated, the phase is aligned in the circulation path and a resonance state is achieved. Therefore, this allows the reflection mirror 16,
Strong laser light is accumulated in the first optical resonator 16 formed by the condenser mirror 16b.

【0025】こうして蓄積されるレーザ光は、集光ミラ
ー16〜16間に置かれた第2光共振器18、18間に
さらに強力なレーザ光として蓄積され、かつこの第2光
共振器18、18がレーザアンジュレータとして作用す
る。この場合、第2光共振器18、18間に蓄積される
基本レーザ光は集光ミラー16b、16bによりその中
間位置付近で最小径に集光されるように送り込まれ、か
つミラー間の距離Lを微調整することにより共振器内に
定在波が生じるように蓄積される。
The laser light thus accumulated is accumulated as a stronger laser light between the second optical resonators 18, 18 placed between the condenser mirrors 16 to 16, and the second optical resonator 18, 18 acts as a laser undulator. In this case, the basic laser light accumulated between the second optical resonators 18 and 18 is fed by the condenser mirrors 16b and 16b so as to be condensed to the minimum diameter in the vicinity of the intermediate position thereof, and the distance L between the mirrors is reduced. Is finely adjusted so that a standing wave is accumulated in the resonator.

【0026】第2共振器18、18内に蓄積された強力
レーザ光の周波数に電子ビームのバンチの周波数が一致
するように予め調整して生じさせた強力レーザ光に対
し、送り込まれるレーザ光の向きと反対方向から第2電
子蓄積リング20からの電子ビームのバンチが送り込ま
れると、強力レーザ光が最小径に収束する収束点の前後
所定の相互作用域で電子ビームが強力なレーザ光と衝突
し、コンプトン散乱に基づいて強大なγ線放射光が発生
する。
The intensity of the laser beam to be sent is different from that of the intense laser beam generated by adjusting in advance the frequency of the electron beam bunch to match the frequency of the intense laser beam accumulated in the second resonators 18, 18. When the bunch of the electron beam from the second electron storage ring 20 is sent from the opposite direction to the direction, the electron beam collides with the powerful laser light in a predetermined interaction region before and after the convergence point where the intense laser light converges to the minimum diameter. However, strong γ-ray radiation is generated based on Compton scattering.

【0027】この場合、基本レーザ光は円偏光として第
2光共振器18、18内に送り込まれるから、第2光共
振器18、18内でも円偏光のまま強力なレーザ光とし
て蓄積される。これに対し、図3の(a)図に示すよう
に、電子ビームに対しても各電子のそれぞれに電磁石2
3a〜fの下向きの磁界成分により軌道を曲げる作用と
同時に回転が与えられ、これによる電子スピンの向きは
垂直方向であるが、光速と同程度の相対論的速度で電子
が進行するため、電子スピンの回転方向と電子の進行方
向が合成されて電子スピンが旋回しているように振る舞
う。
In this case, since the basic laser light is sent into the second optical resonators 18 and 18 as circularly polarized light, it is also accumulated as strong laser light in the second optical resonators 18 and 18 as circularly polarized light. On the other hand, as shown in FIG. 3A, the electromagnet 2 is applied to each electron even for the electron beam.
Rotation is given at the same time as the action of bending the orbit by the downward magnetic field components 3a to 3f, and the direction of the electron spin by this is vertical, but since the electron progresses at a relativistic velocity similar to the speed of light, The rotation direction of the spin and the traveling direction of the electron are combined so that the electron spin behaves as if it were swirling.

【0028】このとき、図3の(b)図に示すように、
予めレーザ光の円偏光の向きと電子の旋回方向を逆向き
となるようにそれぞれの回転方向を調整した状態で相互
作用域で両者が衝突するとヘリシティ積が理論値−1に
最も近い最大の負値のコンプトン散乱となる。このよう
な特殊コンプトン散乱方式で電子をレーザ光に衝突させ
て発生するγ線放射光は、光子数のエネルギスペクトル
分布における確率分布が特定のエネルギレベルで集中し
て急激に増加するという特性を有する。
At this time, as shown in FIG. 3 (b),
If the two collide in the interaction region with their rotation directions adjusted in advance so that the direction of circular polarization of the laser beam and the direction of rotation of the electrons are opposite, the helicity product is the maximum negative value that is closest to the theoretical value -1. The value is Compton scattering. Γ-ray radiated light generated by colliding electrons with laser light by such a special Compton scattering method has a characteristic that the probability distribution in the energy spectrum distribution of the number of photons is concentrated at a specific energy level and sharply increases. .

【0029】上記のような特性を有する放射光は、レー
ザアンジュレータ光とも呼ばれ、単なるコンプトン散乱
方式ではなく、レーザの高度化、電子ビームの高輝度化
によるものであり、このための条件として下記の条件を
満たす必要がある。
The radiated light having the above-mentioned characteristics is also called a laser undulator light and is not due to a simple Compton scattering method, but due to the sophistication of the laser and the high brightness of the electron beam. It is necessary to meet the condition of.

【0030】 θ<(λs/Nλo) ・・・ (1) (Δγ/γ)・(γ)-2<(λs/Nλo) ・・・ (2) ここで、λsは散乱光の波長、λoはレーザ光の波長、
θは電子ビームの角度拡がり、(Δγ/γ)は電子ビー
ムのエネルギ拡がり、Nはコヒーレント相互作用ピッチ
数を示す。実際には、レーザ光、電子ビームについて上
記の条件を満たすように波長、角度拡がり等のパラメー
タを設定して散乱光、即ちγ線放射光が発生するとその
波長λsが上式を満たすこととなる。
Θ <(λs / Nλo) (1) (Δγ / γ) · (γ) −2 <(λs / Nλo) (2) where λs is the wavelength of scattered light and λo Is the wavelength of the laser light,
θ represents the angular spread of the electron beam, (Δγ / γ) represents the energy spread of the electron beam, and N represents the number of coherent interaction pitches. In practice, when scattered light, that is, γ-ray emission light is generated by setting parameters such as wavelength and angle spread so as to satisfy the above conditions for laser light and electron beam, the wavelength λs satisfies the above formula. .

【0031】上記特性のγ線放射光についてその光子数
のエネルギスペクトル分布のグラフを他の方式により発
生したγ線放射光とを対比的に図4に示す。図4の
(a)図において、(ハ)は制動放射による光子数の変
化、(ロ)は一般的なコンプトン散乱による光子数の変
化を示す。そして、(イ)はこの実施形態で用いられる
特殊コンプトン散乱方式での光子数の変化であるが、レ
ーザ光と電子ビームの衝突において両者の粒子スピンを
特定方向に向け、両者の回転方向を逆向きに与えてヘリ
シティの積が理論値−1に最も近い最大の負値となるよ
うにして発生させた場合である。なお、このヘリシティ
積は、実際は電子の回転と光子の回転を種々に調整して
も−0.6〜−0.7程度が最大の負値として取り得る
最も近い値である。
A graph of the energy spectrum distribution of the number of photons of the γ-ray radiated light having the above characteristics is shown in FIG. 4 in comparison with γ-ray radiated light generated by another method. In FIG. 4A, (C) shows the change in the number of photons due to bremsstrahlung, and (B) shows the change in the number of photons due to general Compton scattering. Then, (a) is the change in the number of photons in the special Compton scattering method used in this embodiment. In the collision of the laser beam and the electron beam, the particle spins of both are directed in a specific direction, and the rotation directions of both are reversed. This is a case where the product of the helicity is generated so that the product of the helicity becomes the maximum negative value that is closest to the theoretical value −1 by giving the direction. It should be noted that this helicity product is actually the closest possible negative value of about -0.6 to -0.7 even if the rotation of electrons and the rotation of photons are variously adjusted.

【0032】但し、図示のグラフは制動放射、コンプト
ン散乱に用いられる電子ビームのエネルギを同一レベル
とし、発生したγ線エネルギのスペクトル分布として見
た光子数の確率分布を示す。(イ)のグラフではγ線エ
ネルギ16MeV付近で光子数がピークとなり、従って
この方式による光子数は制動放射方式より桁違いに大き
く、一般のコンプトン散乱方式による場合の数倍以上と
なる。
However, the graph shown in the drawing shows the probability distribution of the number of photons viewed as the spectral distribution of the generated γ-ray energy with the energy of the electron beam used for bremsstrahlung and Compton scattering at the same level. In the graph of (a), the number of photons peaks near the gamma ray energy of 16 MeV, and therefore the number of photons by this method is orders of magnitude higher than that by the bremsstrahlung method, which is several times or more that of the general Compton scattering method.

【0033】このように、γ線の光子数が急増する特性
となる特殊コンプトン散乱方式により発生したγ線を利
用する種々の用途については、後で説明するが、かかる
用途の第1のものは、放射性廃棄物に照射して核変換を
引き起こし、核消滅処理をすることである。このような
目的で、上記のような高輝度放射光の発生装置で発生し
たγ線を放射性廃棄物に照射して核変換を引き起こす場
合、核巨大共鳴断面積図4の(b)図の核巨大共鳴の断
面積の変化を示すグラフ中に示すように、核変換の作用
と同時にγ線によって電子−陽電子の対創生が生じる。
この対創生に寄与する原子の有効断面積は大きく、数b
〜10bであるが、核変換を引き起こす際の核巨大共鳴
に寄与する断面積は数百mbと極めて小さい。そして、
この核巨大共鳴のエネルギは中心値で14〜16MeV
であり、共鳴幅は3〜4MeVである。
As described above, various uses of γ rays generated by the special Compton scattering method, which has a characteristic that the number of photons of γ rays rapidly increases, will be described later. , Irradiating radioactive waste to cause nuclear transmutation and nuclear annihilation processing. For this purpose, when the radioactive waste is irradiated with γ-rays generated by the above-described high-intensity synchrotron radiation generator to cause nuclear transmutation, the nuclear giant resonance cross-section shown in FIG. As shown in the graph showing the change in the cross section of the giant resonance, the electron-positron pair creation is caused by γ-rays at the same time as the action of transmutation.
The effective cross-sectional area of the atoms that contribute to this creation is large,
However, the cross-sectional area that contributes to the nuclear giant resonance when causing nuclear transmutation is as small as several hundred mb. And
The energy of this nuclear giant resonance is 14 to 16 MeV at the center value.
And the resonance width is 3 to 4 MeV.

【0034】従って、核巨大共鳴を有効に作用させるた
めには、核巨大共鳴の断面積が最大となる上記γ線の中
心値エネルギに対応して核巨大共鳴で吸収される光子数
が核変換を引き起こすのに十分なレベル以上のγ線でな
ければならない。これに対し、上記の特殊コンプトン散
乱方式によるγ線の発生ではγ線の核巨大共鳴による吸
収断面積が最大となるエネルギ値を含む所定領域のエネ
ルギ中心値に対応する領域で光子数の確率分布がピーク
となるように発生する。従って、核巨大共鳴の断面積が
最大となるγ線の中心値エネルギに対応して(マッチン
グして)光子数がピークとなる領域で発生したγ線は、
エネルギ値及び光子数が放射性廃棄物の核変換に適合す
る。このため、長大な加速器を備えた巨大な設備でな
く、全体として小規模な設備で十分核消滅処理が可能と
なる。
Therefore, in order to effectively act on the nuclear giant resonance, the number of photons absorbed by the nuclear giant resonance corresponding to the central energy of the γ-ray at which the cross section of the nuclear giant resonance is maximum is converted into the nuclear conversion. Must be above a level sufficient to cause On the other hand, in the case of γ-ray generation by the special Compton scattering method described above, the probability distribution of the number of photons in the region corresponding to the energy center value of the predetermined region including the energy value where the absorption cross-section due to the nuclear giant resonance of γ-rays is maximum Occurs so as to reach a peak. Therefore, the γ-rays generated in the region where the number of photons peaks (corresponds to) the central value energy of the γ-rays where the nuclear giant resonance cross-section becomes maximum is
Energy values and photon numbers are compatible with transmutation of radioactive waste. For this reason, it is possible to sufficiently carry out the nuclear annihilation process with a small-scale facility as a whole, rather than a huge facility equipped with a long accelerator.

【0035】上記第1実施形態では、自由電子レーザ1
4は1対の反射ミラー16a、1対の集光ミラー16b
第1光共振器16内に設定されるレーザ光の光子蓄積リ
ング17の循環経路内に第2光共振器18、18を設
け、ここでレーザ光を精度よく強めレーザアンジュレー
タ光(γ線放射光)を確実に発生するようにしたが、第
2光共振器18、18は必ずしも設けなくてもよい。ヘ
リカルウイグラ14aで発生する放射光は第1共振器1
6のそれぞれのミラー位置を高精度に設定し、基本レー
ザ光そのものも定在波として発生するように調整する。
In the first embodiment, the free electron laser 1
Reference numeral 4 denotes a pair of reflection mirrors 16a and a pair of condenser mirrors 16b.
The second optical resonators 18, 18 are provided in the circulation path of the photon storage ring 17 of the laser light set in the first optical resonator 16, where the laser light is enhanced with high accuracy and the laser undulator light (γ-ray emission light) is provided. However, the second optical resonators 18 and 18 do not necessarily have to be provided. The radiated light generated by the helical wiggler 14a is the first resonator 1
The respective mirror positions of 6 are set with high precision, and the basic laser light itself is adjusted so as to be generated as a standing wave.

【0036】このように調整される基本レーザ光は、一
対の集光ミラー16b、16b間でその中央位置で最小
径に収束するように設定されることは同様であり、この
中央位置を中心とした相互作用域で電子ビームのバンチ
と衝突し、特殊コンプトン散乱方式によりレーザアンジ
ュレータ光が発生する点は上記第1実施形態と同様であ
る。この場合、基本レーザ光を循環経路全体で定在波と
なるように1対の反射ミラー16a、16、1対の集光
ミラー16b、16bの位置を調整する必要があり、そ
れぞれのミラー位置の調整は第1実施形態より少し複雑
となる。
The basic laser light thus adjusted is similarly set so as to converge to the minimum diameter at the central position between the pair of condenser mirrors 16b, 16b. Similar to the first embodiment, the laser undulator light is generated by the special Compton scattering method by colliding with the electron beam bunch in the interaction region. In this case, it is necessary to adjust the positions of the pair of reflecting mirrors 16a, 16 and the pair of collecting mirrors 16b, 16b so that the basic laser light becomes a standing wave in the entire circulation path. The adjustment is slightly more complicated than in the first embodiment.

【0037】図5に第2実施形態の超高輝度放射光発生
装置の全体概略構成図を示す。この実施形態では、光子
蓄積空胴10’が多段状にレーザ光を拡散、集光する光
共振器16c〜16d〜16cが用いられている点、及
び図示の例ではレーザ光の発生手段に導波管型の炭酸ガ
スレーザが用いられている点が異なるが、装置に対する
基本的な考え方は同じである。又、電子蓄積リング2
0’がその循環経路の一部を光共振器16c〜16dの
一部経路と共通に設けられている点も第1実施形態と同
じである。
FIG. 5 shows an overall schematic configuration diagram of the ultra-high brightness radiant light generator of the second embodiment. In this embodiment, the photon storage cavity 10 'uses optical resonators 16c to 16d to 16c for diffusing and condensing the laser light in a multi-stage manner, and in the example shown in the figure, it is guided to a laser light generating means. The basic idea of the device is the same, except that a wave-tube type carbon dioxide laser is used. Also, the electron storage ring 2
0'is also the same as the first embodiment in that a part of its circulation path is provided in common with a partial path of the optical resonators 16c to 16d.

【0038】レーザ発光手段14’は導波管型のレーザ
管内に外部からレーザ媒質として炭酸ガス(CO2 )と
2 、Heの混合ガスが送り込まれて流通、排出され、
レーザ管の両端に設けられたアノード、カソードの放電
電極間に放電される電子がCO2 の混合ガスと衝突して
ガス分子が励起され、その混合ガスの遷移によりレーザ
光が誘導放出されるように構成されており、その基本構
成は公知のものと同じである。
The laser emitting means 14 'is a waveguide type laser tube into which a mixed gas of carbon dioxide gas (CO 2 ) and N 2 and He is fed from the outside as a laser medium, and is circulated and discharged.
Electrons discharged between the anode and cathode discharge electrodes provided at both ends of the laser tube collide with a mixed gas of CO 2 to excite gas molecules, and the transition of the mixed gas causes stimulated emission of laser light. The basic configuration is the same as the known one.

【0039】レーザ光発生手段14’で発生したレーザ
光は左側の一対の凹面ミラーを用いた集光ミラー16
d、16cのうち、まず右側の集光ミラー16cで反射
され、レーザ管14a’を通り反対側の集光ミラー16
dで拡げられ、右側の一対の凹面ミラーを用いた集光ミ
ラー16c、16dへ送られる。右側の一対の集光ミラ
ー16dで反射、集光されるレーザ光は、その中央より
左寄り位置の焦点を中心に集光され、左側の集光ミラー
16cで反射された後、右側の集光ミラーで反射されて
左側の一対の集光ミラー16d、16cの経路へ戻さ
れ、再びレーザ管を通り右側の集光ミラー16cで反射
され、このような反射を繰り返し、その間にレーザ管1
4a’を通過する毎に新しく発生するレーザ光が増幅、
蓄積される。
The laser beam generated by the laser beam generator 14 'is a condenser mirror 16 using a pair of concave mirrors on the left side.
Of the d and 16c, the light is first reflected by the condenser mirror 16c on the right side, passes through the laser tube 14a ′, and the condenser mirror 16 on the opposite side.
It is expanded at d and sent to the condensing mirrors 16c and 16d using a pair of concave mirrors on the right side. The laser light reflected and condensed by the pair of condenser mirrors 16d on the right side is condensed around the focal point at the left side of the center, is reflected by the condenser mirror 16c on the left side, and then is condensed on the right side. Is reflected back to the path of the pair of condenser mirrors 16d and 16c on the left side, passes through the laser tube again, and is reflected on the condenser mirror 16c on the right side.
A new laser light is amplified each time it passes 4a ',
Accumulated.

【0040】従って、左側の一対の集光ミラー16d、
16cと右側の一対の集光ミラー16c、16dの全体
で光共振器が構成され、光子蓄積空胴10’を形成して
いる。又、右側の一対の集光ミラー16c、16dの間
の焦点位置を中心に電子蓄積リング20’の電子ビーム
の循環経路の一部が所定長さ共通の相互作用域を形成す
るように共通経路をなすように設けられ、平面視四角形
の循環経路であるが、基本的には同一構成、機能の電子
蓄積リング20’については、第1実施形態と同じであ
るから、説明は省略する。
Therefore, the pair of condenser mirrors 16d on the left side,
16c and the pair of condenser mirrors 16c and 16d on the right side constitute an optical resonator, forming a photon storage cavity 10 '. Further, a common path is formed so that a part of the electron beam circulation path of the electron storage ring 20 'forms a common interaction area of a predetermined length centering on the focal point position between the pair of right-side condenser mirrors 16c and 16d. Although it is a circulation path having a quadrangular shape in a plan view, the electron storage ring 20 'having basically the same configuration and function is the same as that of the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted.

【0041】さらに、右側の一対の集光ミラー16c、
16dの間に第2光共振器18、18が設けられている
点も第1実施形態と同じである。この第2光共振器1
8、18は、両ミラー間に定在波を形成して、その間に
レーザ光を蓄積して強め、アンジュレータ光を精度よく
確実に生起するために設ける点も第1実施形態と同じで
ある。なお、右側の集光ミラー16dには中央にγ線放
射光を通過させる小孔16hが設けられている。又、発
生したレーザ光を円偏光とするため必要に応じて偏光板
又は回転偏光素子を用いる。
Furthermore, a pair of right-side condenser mirrors 16c,
The point that the second optical resonators 18, 18 are provided between 16d is also the same as in the first embodiment. This second optical resonator 1
The points 8 and 18 are also the same as those in the first embodiment in that a standing wave is formed between both mirrors, laser light is accumulated and strengthened between them to generate undulator light with high accuracy and reliability. A small hole 16h for passing the γ-ray emission light is provided in the center of the right-side focusing mirror 16d. In addition, a polarizing plate or a rotary polarizing element is used as necessary to make the generated laser light circularly polarized.

【0042】上記構成の第2実施形態の放射光発生装置
の作用は、光共振器が多段状に設けられ、その中でレー
ザ光が増幅、蓄積される点が異なるだけで、増幅された
レーザ光と電子蓄積ビームとの衝突により特殊コンプト
ン散乱に基づいて強力なγ線放射光を発生させる点も第
1実施形態と同じであり、同じ説明を繰り返すことは省
略する。
The operation of the radiated light generator of the second embodiment having the above-mentioned structure is such that an optical resonator is provided in multiple stages, and laser light is amplified and stored in the optical resonator, but the amplified laser is different. The strong γ-ray emission light is generated based on the special Compton scattering by the collision between the light and the electron accumulation beam, which is also the same as in the first embodiment, and the same description will not be repeated.

【0043】なお、レーザ発生手段14’は、炭酸ガス
レーザを用いるとしたが、これに代えて導波管型自由電
子レーザを用いてもよい。この場合は、レーザ発生手段
14’は図1のヘリカルウイグラ14a又は周期的に極
性が異なる電磁石を用いた通常のウイグラから成る自由
電子レーザ14を設置する。従って、これに伴って電子
銃11、RF加速器12、電磁石13a〜13gを備え
た第1電子蓄積リング15を設けることとなる。
Although the carbon dioxide gas laser is used as the laser generating means 14 ', a waveguide type free electron laser may be used instead. In this case, the laser generating means 14 'is provided with the free wiggler 14 composed of the helical wiggler 14a of FIG. 1 or an ordinary wiggler using electromagnets having periodically different polarities. Therefore, along with this, the first electron storage ring 15 including the electron gun 11, the RF accelerator 12, and the electromagnets 13a to 13g is provided.

【0044】図6は第3実施形態の超高輝度放射光発生
装置の全体概略構成図を示す。この例は、第2実施形態
の部分変形例であり、第1光共振器16を3つの集光ミ
ラー16c、16d、16cで形成し、レーザ光の集光
を図中下方の一対の集光ミラー16dと16cの焦点位
置とした点が第2実施形態と異なる。他の構成、作用、
効果は第2実施形態と基本的に同じであり、詳細な説明
は省略する。なお、レーザ光の発生手段14’として、
この例でも導波管型の炭酸ガスレーザを使用することを
前提としているが、これを導波管型の自由電子レーザと
してもよいことは第2実施形態の場合と同じである。
FIG. 6 shows an overall schematic configuration diagram of an ultra-high brightness radiant light generator according to the third embodiment. This example is a partial modification of the second embodiment, in which the first optical resonator 16 is formed by three condenser mirrors 16c, 16d, 16c, and the laser light is condensed by a pair of condensers at the bottom in the figure. The difference from the second embodiment is that the focal points of the mirrors 16d and 16c are used. Other configurations, actions,
The effect is basically the same as that of the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted. As the laser light generating means 14 ',
Also in this example, it is premised that the waveguide type carbon dioxide gas laser is used. However, the waveguide type free electron laser may be used as in the case of the second embodiment.

【0045】図7は第4実施形態の超高輝度放射光発生
装置の全体概略構成図を示す。この実施形態の発生装置
は、外観的には図6の第3実施形態の装置に類似してい
るが、光子蓄積空胴10''' が多段式でレーザ光の光子
を蓄積するのではなく、一方向に循環して蓄積する形式
としている点で異なっている。図示のように、光共振器
は集光ミラー16c、16d、16eから成り、集光ミ
ラー16eで集光されたレーザ光は、図示の例では反時
計方向に送られ、集光ミラー16cから再びレーザ光の
発生手段である炭酸ガスレーザ14’へ送られてレーザ
光が蓄積される。相互作用域は集光ミラー16dと16
eの間に設けられる。
FIG. 7 shows an overall schematic configuration of the ultra-high brightness radiant light generator of the fourth embodiment. The generator of this embodiment is similar in appearance to the device of the third embodiment of FIG. 6, except that the photon storage cavities 10 '''are multi-staged and do not store photons of the laser light. , It is different in that it is circulated and accumulated in one direction. As shown in the figure, the optical resonator is composed of condenser mirrors 16c, 16d, and 16e, and the laser light condensed by the condenser mirror 16e is sent counterclockwise in the illustrated example and is again emitted from the condenser mirror 16c. The carbon dioxide gas laser 14 ', which is a means for generating laser light, is sent to accumulate the laser light. The interaction area is the collecting mirrors 16d and 16
It is provided between e.

【0046】なお、上記各実施形態では全て第2光共振
器18を設けた例を示したが、それぞれの実施形態にお
いて第2光共振器18を省略することができる。この第
2光共振器18を省略した場合もレーザ発生部で発生さ
れる放射光は第1光共振器16によりそれぞれ発振する
ように第1光共振器16のミラー内では定在波として蓄
積され、各ミラー間の距離を高精度に設定して発振が行
なわれる。
In each of the above embodiments, the example in which the second optical resonator 18 is provided is shown, but the second optical resonator 18 can be omitted in each embodiment. Even if the second optical resonator 18 is omitted, the emitted light generated in the laser generator is accumulated as a standing wave in the mirror of the first optical resonator 16 so that the emitted light is oscillated by the first optical resonator 16, respectively. , The oscillation is performed by setting the distance between the mirrors with high accuracy.

【0047】この発明により得られる超高輝度放射光の
利用方法として、このような放射光を発生させるのに用
いられる電力を原子力発電設備により発生した電力のう
ち夜間の余剰電力を用いると、原子力発電設備の有効利
用を図ることができる。原子力発電設備は、一担稼動を
始めると夜間であっても停止させることができないから
である。一方、原子力発電設備では核廃棄物である 237
Np(ネプチュウム)が生成される。この 237Npをタ
ーゲットとしてこれに各実施形態の装置により得られる
超高輝度放射光を照射すると、核変換により 235U(ウ
ラン)が生成され、これを再び核燃料として再利用でき
ることとなるからである。
As a method of using the ultra-bright synchrotron radiation obtained by the present invention, if the surplus power at night among the power generated by the nuclear power generation facility is used for generating the synchrotron radiation, It is possible to effectively use the power generation equipment. This is because the nuclear power generation facility cannot be stopped even at night when it starts to carry out operations. On the other hand, in nuclear power generation facilities, it is a nuclear waste 237
Np (Neptium) is produced. This is because when this 237 Np is used as the target and is irradiated with the ultra-high-intensity synchrotron radiation obtained by the apparatus of each embodiment, 235 U (uranium) is generated by transmutation, and this can be reused as nuclear fuel again. .

【0048】[0048]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この発明
の超高輝度放射光発生方法及び装置では光子蓄積経路内
に高エネルギの光子を蓄積し、電子ビームも電子蓄積経
路内に高エネルギレベルに蓄積し、両経路を部分的に共
通とした相互作用域で光子と電子のスピンの回転の向き
が逆向きとし両者のヘリシティ積が理論値−1に最も近
い最大の負値となるように回転させて衝突させるコンプ
トン散乱方式により超高輝度放射光を発生させるように
したから、発生する放射光は放射性廃棄物の核変換によ
る核消滅処理にも十分適合する超高輝度放射光が得ら
れ、又電子やレーザ光の波長を変化させることにより放
射光のエネルギを種々変えることもできる。
As described above in detail, in the method and apparatus for generating super-bright radiant light of the present invention, high-energy photons are accumulated in the photon accumulation path, and the electron beam also has high energy in the electron accumulation path. Accumulate in the level, and in the interaction region where both paths are partially common, the rotation directions of the spins of the photon and electron are opposite, and the helicity product of both becomes the maximum negative value closest to the theoretical value -1. The ultra-bright synchrotron radiation is generated by the Compton scattering method of rotating and colliding with each other. In addition, the energy of the emitted light can be variously changed by changing the wavelengths of electrons and laser light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1実施形態の超高輝度放射光発生装置の全体
概略構成図
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of an ultra-high brightness synchrotron radiation generator according to a first embodiment.

【図2】同上の部分拡大構成図FIG. 2 is a partially enlarged configuration diagram of the same as above.

【図3】動作内容の部分説明図FIG. 3 is a partial explanatory diagram of operation contents.

【図4】(a)特殊コンプトン散乱作用による光子数の
エネルギスペクトル分布における確率分布図 (b)放射性廃棄物の核巨大共鳴による断面積のエネル
ギスペクトル分布図
FIG. 4A is a probability distribution diagram in the energy spectrum distribution of the number of photons due to the special Compton scattering action. FIG. 4B is an energy spectrum distribution diagram of the cross section due to the nuclear giant resonance of radioactive waste.

【図5】第2実施形態の超高輝度放射光発生装置の全体
概略構成図
FIG. 5 is an overall schematic configuration diagram of an ultra-high brightness synchrotron radiation generator according to a second embodiment.

【図6】第3実施形態の超高輝度放射光発生装置の全体
概略構成図
FIG. 6 is an overall schematic configuration diagram of an ultra-high brightness synchrotron radiation generator according to a third embodiment.

【図7】第4実施形態の超高輝度放射光発生装置の全体
概略構成図
FIG. 7 is an overall schematic configuration diagram of an ultra-high brightness synchrotron radiation generator according to a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、10’、10''、10''' 光子蓄積空胴 11、21 電子銃 12、22 RF加速器 13、23 電磁石 14 自由電子レーザ 14a ヘリカルウイグラ 15 第1電子蓄積リング 16 第1光共振器 17 光子蓄積リング 18 第2光共振器 20 第2電子蓄積リング 10, 10 ', 10' ', 10' '' Photon storage cavities 11, 21 electron gun 12, 22 RF accelerator 13, 23 Electromagnet 14 Free electron laser 14a Helical wiggler 15 First electron storage ring 16 First optical resonator 17 photon storage ring 18 Second optical resonator 20 Second electron storage ring

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01S 3/30 H01S 3/30 Z Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01S 3/30 H01S 3/30 Z

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ発生部からのレーザ光をレーザ発
生部を通って循環させ又は多段状に往復させてレーザ光
を発振させ、その光子を蓄積した光子蓄積経路内の光子
に、相対論的速度に加速された電子ビームを循環して蓄
積した電子蓄積経路内の電子を、両経路を部分的に共通
とした相互作用領域で、両者の進行方向に対する粒子ス
ピンの回転の向きが逆向きに両者のヘリシティ積が理論
値−1に最も近い最大の負値となるように衝突させて超
高輝度放射光を発生させるようにした超高輝度放射光発
生方法。
1. A laser beam emitted from a laser generator is circulated through the laser generator or reciprocated in multiple stages to oscillate the laser beam, and the photon stored in the photon storage path is relativistic. Electrons in the electron accumulation path accumulated by circulating the electron beam accelerated to the velocity are in the interaction region where both paths are partially common, and the direction of rotation of the particle spin with respect to the traveling direction of both is reversed. An ultra-bright radiant light generation method in which ultra-bright radiant light is generated by colliding so that the helicity product of both becomes the maximum negative value closest to the theoretical value -1.
【請求項2】 レーザ光を発生するレーザ発生部、及び
このレーザ発生部を通り複数の超高反射ミラーで循環さ
せ又は多段状に往復させてレーザ光を発振させその光子
を蓄積する光共振器を有する光子蓄積空胴と、電子ビー
ムを加速器で光速に近い速度に加速された電子ビームを
循環して蓄積する電子蓄積リングとを備え、光子蓄積空
胴の経路と電子蓄積リングの経路を部分的に共通に設
け、この共通経路の相互作用域で、光子に電子ビームを
両者の進行方向に対する回転の向きが逆向きに両者のヘ
リシティ積が理論値−1に最も近い最大の負値となるよ
うに衝突させて超高輝度放射光を発生させるように構成
した超高輝度放射光発生装置。
2. A laser generator that generates laser light, and an optical resonator that oscillates the laser light by circulating it in a plurality of ultra-high reflection mirrors or reciprocating in multiple stages through the laser generator to accumulate the photons. And a photon accumulation cavity having a photon accumulation cavity and an electron accumulation ring that circulates and accumulates the electron beam by accelerating the electron beam to a speed close to the speed of light by an accelerator, and partially defines the path of the photon accumulation cavity and the path of the electron accumulation ring. Are provided in common, and in the interaction region of this common path, the direction of rotation of the electron beam with respect to the photon is opposite to the traveling direction of the two, and the helicity product of both becomes the maximum negative value that is closest to the theoretical value -1. Ultra-high brightness synchrotron radiation generating device configured to generate ultra-high brightness radiant light by colliding as described above.
【請求項3】 前記レーザ発生部が発振したレーザ光を
円偏光として発生する又は円偏光となる偏光手段を備え
るように構成し、電子蓄積リングの経路に電子の軌道を
曲げると共に電子に回転スピンを付与する電磁手段を備
えて光子と電子のヘリシティ積が理論値−1に最も近い
最大の負値となるように構成したことを特徴とする請求
項2に記載の超高輝度放射光発生装置。
3. A polarization means for generating laser light oscillated by the laser generator as circularly polarized light or circularly polarized light is provided, and the orbit of the electron is bent along the path of the electron storage ring and the electron is spin-spinned. 3. The ultra-high brightness radiant light generator according to claim 2, wherein the helicity product of photons and electrons is configured to have a maximum negative value that is closest to a theoretical value of −1 by providing an electromagnetic means for imparting. .
【請求項4】 前記部分的に共通の経路を含む反射ミラ
ー間の経路内に第2光共振器を設け、この第2光共振器
内で定在波を生じさせて蓄積された光子を電子と衝突さ
せるようにしたことを特徴とする請求項2又は3に記載
の超高輝度放射光発生装置。
4. A second optical resonator is provided in the path between the reflection mirrors including the partially common path, and a standing wave is generated in the second optical resonator to generate photons stored as electrons. The ultra-high brightness radiant light generator according to claim 2 or 3, characterized in that it is made to collide with.
【請求項5】 前記レーザ発生部を自由電子レーザ発生
部としたことを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに
記載の超高輝度放射光発生装置。
5. The ultra-high brightness radiant light generator according to claim 2, wherein the laser generator is a free electron laser generator.
【請求項6】 前記自由電子レーザ発生部に送り込まれ
る電子を循環させて蓄積する電子蓄積リングを付設した
ことを特徴とする請求項5に記載の超高輝度放射光発生
装置。
6. The ultra-high brightness radiant light generator according to claim 5, further comprising an electron storage ring for circulating and storing electrons sent to the free electron laser generator.
【請求項7】 前記レーザ発生部を導波管型の炭酸ガス
レーザとしたことを特徴とする請求項2乃至4のいずれ
かに記載の超高輝度放射光発生装置。
7. The ultra-high brightness radiant light generator according to claim 2, wherein the laser generator is a waveguide type carbon dioxide gas laser.
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