JP2009187725A - Hard x-ray beam scanning device and method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hard X-ray beam scanning device in which an emitting direction of hard X-ray beam can be changed by a reverse Compton scattering without losing its characteristics (high directivity, quasi-monochromaticity or the like), and a method. <P>SOLUTION: This is the hard X-ray beam scanning device 10 in which an electron beam 1 and laser light 3 is made to be collided, and emitting direction of the hard X-ray beam 4 is changed. The device is equipped with a beam incident angle control device 32 to make incident angle α of incident electron beam change, and the incident angle α of incident electron beam which is made incident into a collision point is changed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、逆コンプトン散乱により発生する硬Ｘ線ビームの出射方向を変化させる硬Ｘ線ビーム走査装置および方法に関する。   The present invention relates to a hard X-ray beam scanning apparatus and method for changing the emission direction of a hard X-ray beam generated by inverse Compton scattering.

小型の装置でＸ線を発生させる手段として、電子ビームとレーザ光の衝突によって逆コンプトン散乱に起因する準単色Ｘ線を得る手段が知られている（例えば、非特許文献１）。
また、逆コンプトン散乱によらない通常のＸ線発生装置において、Ｘ線の出射方向を変化させる手段として、例えば特許文献１〜５が既に提案されている。 As means for generating X-rays in a small apparatus, means for obtaining quasi-monochromatic X-rays caused by inverse Compton scattering by collision of an electron beam and laser light is known (for example, Non-Patent Document 1).
For example, Patent Documents 1 to 5 have already been proposed as means for changing the emission direction of X-rays in a normal X-ray generator that does not rely on inverse Compton scattering.

非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」は、図５に示すように、小型の加速器６１（Ｘバンド加速管）で加速された電子ビーム６２をレーザ６３と衝突させてＸ線６４を発生させるものである。ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電子銃６５（熱ＲＦガン）で生成された電子ビーム６２はＸバンド加速管６１で加速され、パルスレーザ光６３と衝突し、コンプトン散乱により、時間幅１０ｎｓの硬Ｘ線６４が生成される。
この装置は、一般に線形加速器で用いられるＳバンド（２．８５６ＧＨｚ）の４倍の周波数にあたるＸバンド（１１．４２４ＧＨｚ）をＲＦとして用いて小型化を図っており、例えばＸ線強度（光子数）：約１×１０９ｐｈｏｔｏｎｓ／ｓ、パルス幅：約１０ｐｓの強力な硬Ｘ線の発生が予測されている。 As shown in FIG. 5, the “small X-ray generator” of Non-Patent Document 1 generates an X-ray 64 by colliding an electron beam 62 accelerated by a small accelerator 61 (X-band accelerator tube) with a laser 63. It is something to be made. An electron beam 62 generated by an RF (Radio Frequency) electron gun 65 (thermal RF gun) is accelerated by an X-band accelerating tube 61, collides with a pulsed laser beam 63, and is subjected to Compton scattering to produce a hard X-ray 64 having a time width of 10 ns. Is generated.
This device is miniaturized by using an X band (11.424 GHz), which is four times the frequency of the S band (2.856 GHz) generally used in a linear accelerator, as RF, for example, X-ray intensity (number of photons). : Generation of intense hard X-rays of about 1 × 10 9 photons / s, pulse width: about 10 ps is predicted.

特許文献１の「走査ビーム型Ｘ線画像システム」は、電子ビームを制動物質に照射して発生する制動放射Ｘ線を用いたＸ線発生装置である。この装置では、電子ビームで制動物質上を走査し、制動放射Ｘ線の発生点を変える。各照射点で発生する制動放射Ｘ線は、ほぼ等方的に発散するＸ線であるが、各照射点後方に所定の出射方向のＸ線のみ通過できるコリメータを設置することにより各点でのＸ線出射方向を規定する。   The “scanning beam X-ray imaging system” of Patent Document 1 is an X-ray generation apparatus using bremsstrahlung X-rays generated by irradiating a braking material with an electron beam. In this apparatus, the braking material is scanned with an electron beam to change the generation point of the bremsstrahlung X-ray. The bremsstrahlung X-rays generated at each irradiation point are X-rays that diverge approximately isotropically, but by installing a collimator that can pass only X-rays in a predetermined emission direction behind each irradiation point, X-ray emission direction is defined.

特許文献２の「Ｘ線検査装置」は、電子ビームを制動物質に照射して発生する制動放射Ｘ線を用いたＸ線発生装置である。発生点でのＸ線は、ほぼ等方的に発散するＸ線であるが、線源後方にピンホールあるいは線状のスリットを配置し、ペンシルビームあるいはファンビームを形成し、このスリットを機械的に走査する事で、所定の方向に出射するＸ線ビームを得る。   The “X-ray inspection apparatus” of Patent Document 2 is an X-ray generation apparatus using bremsstrahlung X-rays generated by irradiating a braking substance with an electron beam. X-rays at the generation point are X-rays that diverge almost isotropically, but a pinhole or a linear slit is arranged behind the radiation source to form a pencil beam or a fan beam. Scanning to obtain an X-ray beam emitted in a predetermined direction.

特許文献３の「微細Ｘ線ビーム走査装置」は、斜入射Ｘ線に対して高反射率を持つ物質で微細なＸ線導光路を形成し、この微細導光路を圧電効果素子を用いて外部からの電圧調整で変形させ、Ｘ線の走査を行う。
Ｘ線は物質表面に極めて浅い入射角度で入射すれば、ほぼ全反射される。従ってこの装置では、一回の反射では大きな偏向角度を取れないが、極浅い角度（全反射臨界角度以下での反射）を多数回行うことで、一定の偏向角度を得ることができる。 The “fine X-ray beam scanning device” of Patent Document 3 forms a fine X-ray light guide with a material having a high reflectance with respect to oblique incident X-rays, and this fine light guide is externally formed using a piezoelectric effect element. The X-ray scanning is performed by changing the voltage by adjusting the voltage.
X-rays are almost totally reflected if they enter the material surface at a very shallow incident angle. Therefore, with this apparatus, a large deflection angle cannot be obtained by a single reflection, but a constant deflection angle can be obtained by performing an extremely shallow angle (reflection at a total reflection critical angle or less) many times.

特許文献４の「Ｘ線走査装置」は、多層膜をＸ線ミラーとして使用し、この多層膜ミラーの角度を変えることで反射Ｘ線の出射方向を走査する。
高効率のＸ線ミラー（多層膜ミラー）が実現可能な軟Ｘ線領域では、この装置により、偏向・走査が可能である。 The “X-ray scanning device” of Patent Document 4 uses a multilayer film as an X-ray mirror, and scans the emission direction of reflected X-rays by changing the angle of the multilayer film mirror.
In the soft X-ray region where a high-efficiency X-ray mirror (multilayer mirror) can be realized, this apparatus can be deflected and scanned.

特許文献５の「マイクロビーム走査方法および走査装置」は、マイクロビーム（Ｘ線、レーザー光等）の集光点を走査する方法及び装置である。マイクロビームを集光する集光系をマイクロビームの光軸に対して、垂直な方向に駆動することにより、集光点を走査する。
Ｘ線の集光系が実現可能な軟Ｘ線領域では、可視光の偏向・走査と同様に、この手段により偏向・走査が可能である。 The “microbeam scanning method and scanning apparatus” of Patent Document 5 is a method and apparatus for scanning a condensing point of a microbeam (X-ray, laser beam, etc.). The condensing point is scanned by driving a condensing system for condensing the microbeam in a direction perpendicular to the optical axis of the microbeam.
In the soft X-ray region where an X-ray condensing system can be realized, deflection / scanning can be performed by this means in the same way as visible light deflection / scanning.

土橋克広、他、「Ｘバンドリニアックを用いた小型硬Ｘ線源の開発」、第２７回リニアック技術研究会、２００２Katsuhiro Dobashi, et al., "Development of small hard X-ray source using X-band linac", 27th LINAC Technical Committee, 2002

特表平１１−５０２３５７号公報、「走査ビーム型Ｘ線画像システム」JP-T-11-502357, “Scanning Beam X-ray Imaging System” 特開平８−１１４５６０号公報、「Ｘ線検査装置」Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-114560, “X-ray Inspection Apparatus” 特開平７−１０４０９９号公報、「微細Ｘ線ビーム走査装置」Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-104099, “fine X-ray beam scanning device” 特開平５−２７３４００号公報、「Ｘ線走査装置」Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-273400, “X-ray scanning device” 特開平５−１６４９８７号公報、「マイクロビーム走査方法および走査装置」JP-A-5-164987, "Microbeam scanning method and scanning apparatus"

本発明は、逆コンプトン散乱により発生する硬Ｘ線ビームを対象とする。
電子ビームとレーザ光の衝突相互作用（逆コンプトン散乱）を用いて発生させる硬Ｘ線ビームは、その特長として高指向性、短パルス性、準単色性等の優れた特長を有し、硬Ｘ線ビームを用いた遠隔透視の実現可能性を持っている。
しかし、その高指向性のため、発生した硬Ｘ線ビームの出射方向を変化させること、すなわち硬Ｘ線ビームの偏向・走査が困難である問題点がある。そのため、広いエリアでのＸ線照射を必要とする応用分野への適用が困難であった。 The present invention is directed to a hard X-ray beam generated by inverse Compton scattering.
Hard X-ray beams generated using collision interaction (inverse Compton scattering) between an electron beam and laser light have excellent characteristics such as high directivity, short pulse characteristics, and quasi-monochromaticity. It has the feasibility of remote fluoroscopy using a line beam.
However, due to its high directivity, there is a problem that it is difficult to change the emission direction of the generated hard X-ray beam, that is, to deflect and scan the hard X-ray beam. Therefore, it has been difficult to apply to application fields that require X-ray irradiation in a wide area.

例えば、上述した特許文献１〜５の従来技術には以下の理由により、硬Ｘ線ビームには適用できなかった。
１ 特許文献１〜５は、発生するＸ線の指向性が低いＸ線を対象としており、指向性の高い硬Ｘ線ビームには適用できない。
２ コリメータ（ピンホールあるいは線状のスリット）を使用する手段は、Ｘ線の利用効率が極めて低い。
３ 特許文献３の手段は、透過性の強い硬Ｘ線ビームを高効率に反射する反射鏡を必要とし、かつ実用的な偏向角度（±数ｄｅｇ以上）を得るには、数十回以上の多段反射が必要となり、単一反射鏡としては高効率といえども総合効率は極めて低いものとなる。
また、偏向系サイズも巨大な物となり、Ｘ線天体望遠鏡等の大型機器には応用できても、一般産業用には適用が困難である。
４ 特許文献５の手段は、現時点では硬Ｘ線ビームを対象とする高効率の光学系は存在しないため適用できない。 For example, the conventional techniques of Patent Documents 1 to 5 described above cannot be applied to a hard X-ray beam for the following reason.
1 Patent Documents 1 to 5 are intended for X-rays with low directivity of generated X-rays and cannot be applied to hard X-ray beams with high directivity.
2 Means using a collimator (pinhole or linear slit) have extremely low utilization efficiency of X-rays.
3 The means of Patent Document 3 requires a reflecting mirror that reflects a highly transparent hard X-ray beam with high efficiency, and in order to obtain a practical deflection angle (± several deg or more), several tens of times or more are required. Multi-stage reflection is required, and the overall efficiency is extremely low even though the single reflector is highly efficient.
Also, the deflection system size is enormous, and even though it can be applied to large equipment such as an X-ray astronomical telescope, it is difficult to apply to general industrial use.
4 The means of Patent Document 5 cannot be applied because there is no highly efficient optical system for hard X-ray beams at present.

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、逆コンプトン散乱により発生する硬Ｘ線ビームの出射方向を、その特性（高指向性、準単色性等）を損なうことなく変化させることができる硬Ｘ線ビーム走査装置および方法を提供することにある。   The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a hard X-ray beam scanning apparatus capable of changing the exit direction of a hard X-ray beam generated by inverse Compton scattering without impairing its characteristics (high directivity, quasi-monochromaticity, etc.). And to provide a method.

本発明によれば、電子ビームとレーザ光とを衝突させて発生する硬Ｘ線ビームの出射方向を変化させる硬Ｘ線ビーム走査装置であって、
電子ビームとレーザ光の所定の衝突点に入射する電子ビームの入射角度を変化させるビーム入射角制御装置を備える、ことを特徴とする硬Ｘ線ビーム走査装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a hard X-ray beam scanning device that changes an emission direction of a hard X-ray beam generated by colliding an electron beam and a laser beam,
There is provided a hard X-ray beam scanning device comprising a beam incident angle control device that changes an incident angle of an electron beam incident on a predetermined collision point between an electron beam and a laser beam.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記衝突点に入射するレーザ光の入射角度を変化させるレーザ入射角制御装置と、
電子ビームとレーザ光が正面衝突するように、前記ビーム入射角制御装置とレーザ入射角制御装置を同期させて制御する衝突制御装置とを備える。 According to a preferred embodiment of the present invention, a laser incident angle control device that changes an incident angle of laser light incident on the collision point;
A collision control device that controls the beam incident angle control device and the laser incident angle control device in synchronism so that the electron beam and the laser beam collide head-on.

前記電子ビームはパルス電子ビームであり、前記レーザ光はパルスレーザ光である、ことが好ましい。   Preferably, the electron beam is a pulsed electron beam, and the laser beam is a pulsed laser beam.

さらに、前記パルス電子ビームのパルス運転と同期して移動するコリメータを備える、ことが好ましい。   Furthermore, it is preferable to provide a collimator that moves in synchronization with the pulse operation of the pulsed electron beam.

また、本発明によれば、電子ビームとレーザ光とを衝突させて発生する硬Ｘ線ビームの出射方向を変化させる硬Ｘ線ビーム走査方法であって、
電子ビームとレーザ光の所定の衝突点に入射する電子ビームの入射角度を変化させる、ことを特徴とする硬Ｘ線ビーム走査方法が提供される。 Further, according to the present invention, there is provided a hard X-ray beam scanning method for changing an emission direction of a hard X-ray beam generated by colliding an electron beam and a laser beam,
There is provided a hard X-ray beam scanning method characterized by changing an incident angle of an electron beam incident on a predetermined collision point between the electron beam and laser light.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記衝突点に入射するレーザ光の入射角度を変化させ、
電子ビームとレーザ光が正面衝突するように、前記ビーム入射角制御装置とレーザ入射角制御装置を同期させて制御する。 According to a preferred embodiment of the present invention, the incident angle of the laser light incident on the collision point is changed,
The beam incident angle control device and the laser incident angle control device are controlled to be synchronized so that the electron beam and the laser beam collide head-on.

上記本発明の装置および方法によれば、ビーム入射角制御装置により、電子ビームとレーザ光の所定の衝突点に入射する電子ビームの入射角度を変化させることにより、硬Ｘ線ビームの発生方向を変化させることができる。   According to the apparatus and method of the present invention, the beam incident angle control device changes the incident angle of the electron beam incident on a predetermined collision point between the electron beam and the laser beam, thereby changing the generation direction of the hard X-ray beam. Can be changed.

すなわち、電子ビームとレーザ光の衝突相互作用を用いて硬Ｘ線ビームを発生させる場合、硬Ｘ線ビームの発生方向は、ほぼ電子ビームの進行方向と一致する。従ってこの特性を利用し、ビーム入射角制御装置により、電子ビームとレーザ光の所定の衝突点に入射する電子ビームの入射角度を任意に変化させ、所望の方向に硬Ｘ線ビームを発生させることができる。   That is, when a hard X-ray beam is generated using collision interaction between an electron beam and laser light, the generation direction of the hard X-ray beam substantially coincides with the traveling direction of the electron beam. Therefore, using this characteristic, the incident angle of the electron beam incident on a predetermined collision point between the electron beam and the laser beam can be arbitrarily changed by the beam incident angle control device to generate a hard X-ray beam in a desired direction. Can do.

また、好ましい実施形態によれば、衝突制御装置により、ビーム入射角制御装置とレーザ入射角制御装置を同期させて制御するので、電子ビームとレーザ光の正面衝突を維持したまま、電子ビームとレーザ光の入射角度を変化させることができ、正面衝突により発生する硬Ｘ線ビームの出射方向を、その特性を損なうことなく変化させることができる。   According to a preferred embodiment, since the beam incident angle control device and the laser incident angle control device are controlled by the collision control device in synchronization, the electron beam and laser are maintained while maintaining the frontal collision between the electron beam and the laser beam. The incident angle of light can be changed, and the emission direction of the hard X-ray beam generated by the frontal collision can be changed without impairing the characteristics.

すなわち、ビーム入射角制御装置により、所定の衝突点に入射する電子ビームの入射角度を任意に変化させ、これと同期させて、レーザ入射角制御装置により、前記衝突点に入射するレーザ光の入射角度を変化させ、衝突制御装置により、電子ビームとレーザ光の正面衝突を維持することによって、所望の方向に硬Ｘ線ビームを発生させることができる。   In other words, the incident angle of the electron beam incident on the predetermined collision point is arbitrarily changed by the beam incident angle control device, and the incident laser beam incident on the collision point is synchronized by the laser incident angle control device. The hard X-ray beam can be generated in a desired direction by changing the angle and maintaining the frontal collision between the electron beam and the laser beam by the collision control device.

電子ビームとしてパルス電子ビームを用い、レーザ光としてパルスレーザ光を用い、これらのパルス運転に合わせて電子ビーム入射角度を電磁石により変えることにより、発生するパルス硬Ｘ線ビームの出射方向をパルス毎に変えることができる。   A pulsed electron beam is used as the electron beam, a pulsed laser beam is used as the laser beam, and the incident direction of the generated hard X-ray beam is changed for each pulse by changing the incident angle of the electron beam with an electromagnet in accordance with these pulse operations. Can be changed.

また、これらのパルス運転と同期して移動するコリメータの設置により、所望のビームサイズの短パルス、高指向性、硬Ｘ線ビームが得られる。   Further, by installing a collimator that moves in synchronization with these pulse operations, a short pulse, a high directivity, and a hard X-ray beam having a desired beam size can be obtained.

本発明により、所望の方向に高指向性の硬Ｘ線ビームを偏向・走査することが可能な硬Ｘ線発生装置が実現できる。
本発明により実現される走査可能な硬Ｘ線ビームは、後方散乱Ｘ線を用いた遠隔透視装置等に適用できる。 According to the present invention, a hard X-ray generator capable of deflecting and scanning a highly directional hard X-ray beam in a desired direction can be realized.
The scanable hard X-ray beam realized by the present invention can be applied to a remote fluoroscopic apparatus using backscattered X-rays.

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、本発明による第１実施形態の硬Ｘ線ビーム走査装置を備えたＸ線発生装置の全体構成図である。このＸ線発生装置は、電子ビーム発生装置１０、レーザ光発生装置２０および硬Ｘ線ビーム走査装置３０を備え、電子ビーム１とレーザ光３とを衝突させて逆コンプトン散乱により硬Ｘ線ビーム４を発生させる装置である。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of an X-ray generator provided with a hard X-ray beam scanning apparatus according to a first embodiment of the present invention. This X-ray generator includes an electron beam generator 10, a laser beam generator 20, and a hard X-ray beam scanner 30, and collides the electron beam 1 with the laser beam 3 to cause hard X-ray beam 4 by inverse Compton scattering. Is a device that generates

電子ビーム発生装置１０は、電子ビーム１を発生し加速して、所定の直線軌道２を通過させる機能を有する。
この例において、電子ビーム発生装置１０は、電子銃１１、線形加速管１２、入射偏向磁石１３、出射偏向磁石１４、真空容器１５、電子ビームダンプ１６、およびＸ線取出し窓１７を備える。 The electron beam generator 10 has a function of generating and accelerating the electron beam 1 and passing it through a predetermined linear trajectory 2.
In this example, the electron beam generator 10 includes an electron gun 11, a linear accelerator tube 12, an incident deflection magnet 13, an exit deflection magnet 14, a vacuum vessel 15, an electron beam dump 16, and an X-ray extraction window 17.

電子銃１１と線形加速管１２は、例えばＸバンド（１１．４２４ＧＨｚ）の高周波電源（図示せず）により駆動される。電子銃１１は、電子ビームを発生させる装置であり、発生した電子ビーム１は、線形加速管１２に入射する。
線形加速管１２は、電子銃１１から発生した電子ビーム１を高エネルギーに加速する装置である。この電子ビームは、例えばパルス電子ビーム１であるのが好ましい。 The electron gun 11 and the linear accelerator tube 12 are driven by, for example, an X band (11.424 GHz) high-frequency power source (not shown). The electron gun 11 is a device that generates an electron beam, and the generated electron beam 1 enters a linear accelerator tube 12.
The linear accelerator tube 12 is a device that accelerates the electron beam 1 generated from the electron gun 11 to high energy. The electron beam is preferably a pulsed electron beam 1, for example.

入射偏向磁石１３と出射偏向磁石１４は、電子ビーム１の軌道を磁場で曲げて所定の直線軌道２を通過させ、通過後の電子ビーム１を電子ビームダンプ１６まで導く。
入射偏向磁石１３は、線形加速管１２から出る高エネルギー電子ビームの収束＆偏向を行い、電子ビーム１とレーザ光３の衝突点５に電子ビーム１を導く装置である。
出射偏向磁石１４は、所定の衝突点５を通過した電子ビーム１を衝突軌道外の電子ビームダンプ１６に向けて偏向させる。 The incident deflecting magnet 13 and the exit deflecting magnet 14 bend the trajectory of the electron beam 1 with a magnetic field to pass the predetermined linear trajectory 2, and guide the electron beam 1 after passing to the electron beam dump 16.
The incident deflection magnet 13 is a device that converges and deflects the high-energy electron beam emitted from the linear accelerator tube 12 and guides the electron beam 1 to the collision point 5 between the electron beam 1 and the laser beam 3.
The outgoing deflection magnet 14 deflects the electron beam 1 that has passed the predetermined collision point 5 toward the electron beam dump 16 outside the collision trajectory.

真空容器１５は、電子ビーム１の通過経路全体を囲み、内部を真空に保持する。
電子ビームダンプ１６は、直線軌道２を通過した後の電子ビーム１を捕捉して、放射線の漏洩を防止する。 The vacuum vessel 15 surrounds the entire passage path of the electron beam 1 and holds the inside in a vacuum.
The electron beam dump 16 captures the electron beam 1 after passing through the linear trajectory 2 to prevent radiation leakage.

Ｘ線取出し窓１７は、Ｘ線を真空部から大気部に取り出す窓である。Ｘ線取出し窓１７は、真空容器１５の端部（この図で上端）に設けられ、Ｘ線の透過率の高い材料、例えばプラスチック、ガラスや透過率の高い金属（ベリリウムなど）で構成されている。   The X-ray extraction window 17 is a window for extracting X-rays from the vacuum part to the atmosphere part. The X-ray extraction window 17 is provided at the end of the vacuum vessel 15 (the upper end in this figure) and is made of a material having a high X-ray transmittance, such as plastic, glass, or a metal having a high transmittance (beryllium, etc.). Yes.

上述した電子ビーム発生装置１０により、例えば、約５０ＭｅＶ前後、約１μｓ前後のパルス電子ビーム１を発生し、これを所定の直線軌道２を通過させることができる。この直線軌道２の中間位置に電子ビーム１とレーザ光３の衝突点５が設定されている。   With the electron beam generator 10 described above, for example, a pulsed electron beam 1 of about 50 MeV and about 1 μs can be generated and passed through a predetermined linear trajectory 2. A collision point 5 between the electron beam 1 and the laser beam 3 is set at an intermediate position of the linear trajectory 2.

レーザ光発生装置２０は、レーザ装置２１、及びレーザ反射ミラー２２，２３を備える。
レーザ装置２１は、レーザ光３（好ましくはパルスレーザ光）を発生する。
レーザ反射ミラー２２，２３は、レーザ装置２１で発生したレーザ光３を複数回（この例では２回）反射して、上述した所定の直線軌道２を通過させるようになっている。
また、この例でレーザ反射ミラー２３は、発生した硬Ｘ線ビーム４が透過しやすいように、Ｘ線の透過率の高い材料、例えばプラスチック、ガラスや透過率の高い金属（アルミニウムなど）で構成されている。 The laser light generator 20 includes a laser device 21 and laser reflection mirrors 22 and 23.
The laser device 21 generates laser light 3 (preferably pulsed laser light).
The laser reflecting mirrors 22 and 23 are configured to reflect the laser beam 3 generated by the laser device 21 a plurality of times (in this example, twice) and pass the predetermined linear trajectory 2 described above.
In this example, the laser reflecting mirror 23 is made of a material having a high X-ray transmittance, such as plastic, glass, or a metal having a high transmittance (aluminum, etc.) so that the generated hard X-ray beam 4 is easily transmitted. Has been.

上述したレーザ光発生装置２０により、例えば、パルスレーザ光を発生し、これを所定の直線軌道２を電子ビーム１と反対向きに通過させ、衝突点５で電子ビーム１とレーザ光３を衝突させて硬Ｘ線ビーム４を発生させることができる。   The laser beam generator 20 described above generates, for example, a pulsed laser beam, which passes through a predetermined linear trajectory 2 in the direction opposite to the electron beam 1, and causes the electron beam 1 and the laser beam 3 to collide at the collision point 5. Thus, the hard X-ray beam 4 can be generated.

硬Ｘ線ビーム走査装置３０は、この例において、ビーム入射角制御装置３２、ビーム出射角制御装置３３、およびコリメータ３４を備える。   In this example, the hard X-ray beam scanning device 30 includes a beam incident angle control device 32, a beam emission angle control device 33, and a collimator 34.

ビーム入射角制御装置３２は、電子ビーム１の所望の入射角度αに応じて衝突点５を維持するように上述した入射偏向磁石１３を制御する。
ビーム出射角制御装置３３は、衝突点５を通過した電子ビーム１が衝突軌道外の電子ビームダンプ１６に向かうように上述した出射偏向磁石１４を制御する。
コリメータ３４は、Ｘ線の透過率の低い材料、例えば厚い金属板で構成され、その一部にＸ線の通過する穴又はスリットを有し、パルス電子ビーム１のパルス運転と同期して移動するようになっている。 The beam incident angle control device 32 controls the incident deflection magnet 13 described above so as to maintain the collision point 5 in accordance with the desired incident angle α of the electron beam 1.
The beam emission angle control device 33 controls the above-described emission deflection magnet 14 so that the electron beam 1 having passed through the collision point 5 is directed to the electron beam dump 16 outside the collision orbit.
The collimator 34 is made of a material having a low X-ray transmittance, such as a thick metal plate, and has a hole or slit through which X-rays pass in a part thereof, and moves in synchronization with the pulse operation of the pulsed electron beam 1. It is like that.

上述した装置を用い、本発明の硬Ｘ線ビーム走査方法では、電子ビーム１とレーザ光３の所定の衝突点５に入射する電子ビームの入射角度αを変化させる。   In the hard X-ray beam scanning method of the present invention using the above-described apparatus, the incident angle α of the electron beam incident on the predetermined collision point 5 between the electron beam 1 and the laser beam 3 is changed.

上述した本発明の装置および方法によれば、ビーム入射角制御装置３２により、電子ビーム１とレーザ光３の所定の衝突点５に入射する電子ビームの入射角度αを変化させることにより、硬Ｘ線ビーム４の発生方向を変化させることができる。   According to the above-described apparatus and method of the present invention, the beam incident angle control device 32 changes the incident angle α of the electron beam incident on the predetermined collision point 5 between the electron beam 1 and the laser beam 3 to thereby change the hard X. The generation direction of the line beam 4 can be changed.

すなわち、電子ビームとレーザ光の衝突相互作用を用いて硬Ｘ線ビーム４を発生させる場合、硬Ｘ線ビーム４の発生方向は、ほぼ電子ビーム１の進行方向と一致する。従ってこの特性を利用し、ビーム入射角制御装置３２により、電子ビームとレーザ光の所定の衝突点５に入射する電子ビームの入射角度αを任意に変化させ、所望の方向に硬Ｘ線ビーム４を発生させることができる。   That is, when the hard X-ray beam 4 is generated using the collision interaction between the electron beam and the laser beam, the generation direction of the hard X-ray beam 4 substantially coincides with the traveling direction of the electron beam 1. Therefore, by using this characteristic, the beam incident angle control device 32 arbitrarily changes the incident angle α of the electron beam incident on the predetermined collision point 5 between the electron beam and the laser beam, and the hard X-ray beam 4 in a desired direction. Can be generated.

図２は、本発明による第２実施形態の硬Ｘ線ビーム走査装置を備えたＸ線発生装置の全体構成図である。
この例において、硬Ｘ線ビーム走査装置３０は、さらに、レーザ入射角制御装置３６と衝突制御装置３８を備える。 FIG. 2 is an overall configuration diagram of an X-ray generator provided with the hard X-ray beam scanning apparatus according to the second embodiment of the present invention.
In this example, the hard X-ray beam scanning device 30 further includes a laser incident angle control device 36 and a collision control device 38.

レーザ入射角制御装置３６は、レーザ反射ミラー２２，２３の反射角度を変化させて、衝突点５に入射するレーザ光３の入射角度βを変化させる。
衝突制御装置３８は、電子ビーム１とレーザ光３が常に正面衝突するように、ビーム入射角制御装置３２とレーザ入射角制御装置３６を同期させて制御する。
また電子ビーム１とレーザ光３がそれぞれパルス電子ビーム１とパルスレーザ光３である場合に、衝突制御装置３８は、電子ビーム発生装置１０とレーザ光発生装置２０の同期をとり、パルス電子ビーム１とパルスレーザ光３のタイミングを合わせ、両者が所定の衝突点５で衝突するように制御する。 The laser incident angle control device 36 changes the incident angle β of the laser beam 3 incident on the collision point 5 by changing the reflection angle of the laser reflecting mirrors 22 and 23.
The collision control device 38 controls the beam incident angle control device 32 and the laser incident angle control device 36 in synchronism so that the electron beam 1 and the laser beam 3 always collide head-on.
When the electron beam 1 and the laser beam 3 are the pulsed electron beam 1 and the pulsed laser beam 3, respectively, the collision control device 38 synchronizes the electron beam generator 10 and the laser beam generator 20, and the pulsed electron beam 1 And the timing of the pulsed laser beam 3 are controlled so that they collide at a predetermined collision point 5.

その他の構成は、図１の第１実施形態と同様である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

上述した装置を用い、本発明の硬Ｘ線ビーム走査方法では、電子ビーム１とレーザ光３の所定の衝突点５に入射する電子ビームの入射角度αを変化させ、さらに、衝突点５に入射するレーザ光３の入射角度βを変化させ、電子ビーム１とレーザ光３が正面衝突するように、ビーム入射角制御装置３２とレーザ入射角制御装置３６を同期させて制御する。   In the hard X-ray beam scanning method of the present invention using the apparatus described above, the incident angle α of the electron beam 1 and the laser beam 3 incident on the predetermined collision point 5 is changed, and further incident on the collision point 5. The incident angle β of the laser beam 3 is changed, and the beam incident angle control device 32 and the laser incident angle control device 36 are controlled in synchronization so that the electron beam 1 and the laser beam 3 collide head-on.

また、上述した本発明の第２実施形態によれば、衝突制御装置３８により、ビーム入射角制御装置３２とレーザ入射角制御装置３６を同期させて制御するので、電子ビーム１とレーザ光３の正面衝突を維持したまま、電子ビーム１とレーザ光３の入射角度α、βを変化させることができ、正面衝突により発生する硬Ｘ線ビーム４の出射方向を、その特性を損なうことなく変化させることができる。   Further, according to the second embodiment of the present invention described above, the collision control device 38 controls the beam incident angle control device 32 and the laser incident angle control device 36 in synchronization, so that the electron beam 1 and the laser beam 3 are controlled. While maintaining the frontal collision, the incident angles α and β of the electron beam 1 and the laser beam 3 can be changed, and the emission direction of the hard X-ray beam 4 generated by the frontal collision is changed without impairing the characteristics. be able to.

すなわち、ビーム入射角制御装置３２により、所定の衝突点５に入射する電子ビーム１の入射角度αを任意に変化させ、これと同期させて、レーザ入射角制御装置３６により、衝突点５に入射するレーザ光３の入射角度βを変化させ、衝突制御装置３８により、電子ビーム１とレーザ光３の正面衝突を維持することによって、所望の方向に硬Ｘ線ビーム４を発生させることができる。   That is, the incident angle α of the electron beam 1 incident on the predetermined collision point 5 is arbitrarily changed by the beam incident angle control device 32 and is incident on the collision point 5 by the laser incident angle control device 36 in synchronization with this. The hard X-ray beam 4 can be generated in a desired direction by changing the incident angle β of the laser beam 3 and maintaining the frontal collision between the electron beam 1 and the laser beam 3 by the collision control device 38.

また電子ビーム１としてパルス電子ビームを用い、レーザ光３としてパルスレーザ光を用い、これらのパルス運転に合わせて電子ビーム１とレーザ光３の入射角度α、βを変えることにより、発生するパルス硬Ｘ線ビーム４の出射方向をパルス毎に変えることができる。   In addition, a pulsed electron beam is used as the electron beam 1 and a pulsed laser beam is used as the laser beam 3, and the generated pulse hardness is changed by changing the incident angles α and β of the electron beam 1 and the laser beam 3 in accordance with these pulse operations. The emission direction of the X-ray beam 4 can be changed for each pulse.

また、これらのパルス運転と同期して移動するコリメータ３４の設置により、所望のビームサイズの短パルス、高指向性、硬Ｘ線ビームが得られる。   Moreover, by installing the collimator 34 that moves in synchronization with these pulse operations, a short pulse, a high directivity, and a hard X-ray beam with a desired beam size can be obtained.

従って本発明により、所望の方向に高指向性の硬Ｘ線ビームを偏向・走査することが可能な硬Ｘ線発生装置が実現できる。
本発明により実現される走査可能な硬Ｘ線ビームは、後方散乱Ｘ線を用いた遠隔透視装置等に適用できる。 Therefore, according to the present invention, a hard X-ray generator capable of deflecting and scanning a highly directional hard X-ray beam in a desired direction can be realized.
The scanable hard X-ray beam realized by the present invention can be applied to a remote fluoroscopic apparatus using backscattered X-rays.

図３（Ａ）は、オフセット角度ηとエネルギーシフト量との関係図であり、図３（Ｂ）はオフセット角度ηと電子ビーム１及びレーザ光３との関係図である。
図３（Ｂ）から明らかなように、オフセット角度ηは、正面衝突における電子ビーム１とレーザ光３のなす角度であり、上述した第１実施形態では、電子ビーム１の入射角度αに相当し、第２実施形態では、電子ビーム１とレーザ光３の入射角度α、βの差（＝α−β）に相当する。
図３（Ａ）からわかるように、オフセット角度ηに依存して極僅かに発生する硬Ｘ線ビーム４のエネルギーが変化するが、オフセット角度ηが０．１ｒａｄ以下の範囲では、その変化は微小であり、Ｘ線透視装置等に用いるのには全く影響しない。 3A is a relationship diagram between the offset angle η and the energy shift amount, and FIG. 3B is a relationship diagram between the offset angle η, the electron beam 1 and the laser beam 3.
As apparent from FIG. 3B, the offset angle η is an angle formed by the electron beam 1 and the laser light 3 in the frontal collision, and corresponds to the incident angle α of the electron beam 1 in the first embodiment described above. In the second embodiment, this corresponds to the difference (= α−β) between the incident angles α and β of the electron beam 1 and the laser beam 3.
As can be seen from FIG. 3 (A), the energy of the hard X-ray beam 4 generated slightly depending on the offset angle η changes. However, the change is very small in the range where the offset angle η is 0.1 rad or less. Therefore, it is not affected at all for use in an X-ray fluoroscopy device or the like.

図４（Ａ）は、散乱角度Θと微分散乱断面積（相対値）との関係図であり、図３（Ｂ）はオフセット角度ηと電子ビーム１及びレーザ光３との関係図である。
図４（Ｂ）から明らかなように、オフセット角度ηは、正面衝突における電子ビーム１とレーザ光３のなす角度であり、上述した第１実施形態では、電子ビーム１の入射角度αに相当し、第２実施形態では、電子ビーム１とレーザ光３の入射角度α、βの差（＝α−β）に相当する。また、散乱角度Θは、硬Ｘ線ビーム４と電子ビーム１とのなす角度である。
図４（Ａ）からわかるように、散乱角度Θが０の場合を基準として、散乱角度Θが０．００２ｒａｄでは、相対値で８００から７００まで減少する。従って、硬Ｘ線ビーム４の発生方向は、ほぼ電子ビーム１の進行方向と一致しており、かつ高指向性であることがわかる。 4A is a relationship diagram between the scattering angle Θ and the differential scattering cross section (relative value), and FIG. 3B is a relationship diagram between the offset angle η, the electron beam 1 and the laser beam 3.
As apparent from FIG. 4B, the offset angle η is an angle formed by the electron beam 1 and the laser light 3 in the frontal collision, and corresponds to the incident angle α of the electron beam 1 in the first embodiment described above. In the second embodiment, this corresponds to the difference (= α−β) between the incident angles α and β of the electron beam 1 and the laser beam 3. Further, the scattering angle Θ is an angle formed by the hard X-ray beam 4 and the electron beam 1.
As can be seen from FIG. 4A, relative to the case where the scattering angle Θ is 0, the relative value decreases from 800 to 700 when the scattering angle Θ is 0.002 rad. Therefore, it can be seen that the generation direction of the hard X-ray beam 4 is substantially coincident with the traveling direction of the electron beam 1 and has high directivity.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明による第１実施形態の硬Ｘ線ビーム走査装置を備えたＸ線発生装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an X-ray generation apparatus including a hard X-ray beam scanning apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明による第２実施形態の硬Ｘ線ビーム走査装置を備えたＸ線発生装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the X-ray generator provided with the hard X-ray beam scanning apparatus of 2nd Embodiment by this invention. オフセット角度ηとエネルギーシフト量との関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between an offset angle η and an energy shift amount. 散乱角度Θと微分散乱断面積（相対値）との関係図である。FIG. 4 is a relationship diagram between a scattering angle Θ and a differential scattering cross section (relative value). 非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」の構成図である。1 is a configuration diagram of a “small X-ray generator” in Non-Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 電子ビーム（パルス電子ビーム）、２ 直線軌道、
３ レーザ光（パルスレーザ光）、４ 硬Ｘ線ビーム、５ 衝突点、
１０ 電子ビーム発生装置、１１ 電子銃、１２ 線形加速管、
１３ 入射偏向磁石、１４ 出射偏向磁石、１５ 真空容器、
１６ 電子ビームダンプ、１７ Ｘ線取出し窓、
２０ レーザ光発生装置、２１ レーザ装置、
２２，２３ レーザ反射ミラー、
３０ 硬Ｘ線ビーム走査装置、３２ ビーム入射角制御装置、
３３ ビーム出射角制御装置、３４ コリメータ、
３６ レーザ入射角制御装置、３８ 衝突制御装置 1 electron beam (pulsed electron beam), 2 linear orbit,
3 Laser light (pulse laser light), 4 hard X-ray beam, 5 collision point,
10 electron beam generator, 11 electron gun, 12 linear accelerator tube,
13 entrance deflection magnet, 14 exit deflection magnet, 15 vacuum vessel,
16 Electron beam dump, 17 X-ray extraction window,
20 laser light generator, 21 laser device,
22, 23 Laser reflection mirror,
30 hard X-ray beam scanning device, 32 beam incident angle control device,
33 Beam exit angle control device, 34 Collimator,
36 Laser incident angle control device, 38 Collision control device

Claims (7)

電子ビームとレーザ光とを衝突させて発生する硬Ｘ線ビームの出射方向を変化させる硬Ｘ線ビーム走査装置であって、
電子ビームとレーザ光の所定の衝突点に入射する電子ビームの入射角度を変化させるビーム入射角制御装置を備える、ことを特徴とする硬Ｘ線ビーム走査装置。 A hard X-ray beam scanning device that changes an emission direction of a hard X-ray beam generated by colliding an electron beam and a laser beam,
A hard X-ray beam scanning apparatus comprising: a beam incident angle control device that changes an incident angle of an electron beam incident on a predetermined collision point between an electron beam and a laser beam. 前記衝突点に入射するレーザ光の入射角度を変化させるレーザ入射角制御装置と、
電子ビームとレーザ光が正面衝突するように、前記ビーム入射角制御装置とレーザ入射角制御装置を同期させて制御する衝突制御装置とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の硬Ｘ線ビーム走査装置。 A laser incident angle control device that changes an incident angle of laser light incident on the collision point;
2. The hard X according to claim 1, further comprising: a collision control device configured to control the beam incident angle control device and the laser incident angle control device in synchronization so that the electron beam and the laser beam collide head-on. Line beam scanning device. 前記ビーム入射角制御装置は、電子ビームを所定の衝突点に向けて偏向させる入射偏向磁石を、電子ビームの所望の入射角度に応じて前記衝突点を維持するように制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の硬Ｘ線ビーム走査装置。   The beam incident angle control device controls an incident deflection magnet that deflects an electron beam toward a predetermined collision point so as to maintain the collision point according to a desired incident angle of the electron beam. The hard X-ray beam scanning apparatus according to claim 1. 前記電子ビームはパルス電子ビームであり、前記レーザ光はパルスレーザ光である、ことを特徴とする請求項１に記載の硬Ｘ線ビーム走査装置。   The hard X-ray beam scanning apparatus according to claim 1, wherein the electron beam is a pulsed electron beam, and the laser beam is a pulsed laser beam. 前記パルス電子ビームのパルス運転と同期して移動するコリメータを備える、ことを特徴とする請求項４に記載の硬Ｘ線ビーム走査装置。   The hard X-ray beam scanning apparatus according to claim 4, further comprising a collimator that moves in synchronization with the pulse operation of the pulsed electron beam. 電子ビームとレーザ光とを衝突させて発生する硬Ｘ線ビームの出射方向を変化させる硬Ｘ線ビーム走査方法であって、
電子ビームとレーザ光の所定の衝突点に入射する電子ビームの入射角度を変化させる、ことを特徴とする硬Ｘ線ビーム走査方法。 A hard X-ray beam scanning method for changing an emission direction of a hard X-ray beam generated by colliding an electron beam and a laser beam,
A hard X-ray beam scanning method, wherein an incident angle of an electron beam incident on a predetermined collision point between the electron beam and the laser beam is changed. 前記衝突点に入射するレーザ光の入射角度を変化させ、
電子ビームとレーザ光が正面衝突するように、前記ビーム入射角制御装置とレーザ入射角制御装置を同期させて制御する、ことを特徴とする請求項７に記載の硬Ｘ線ビーム走査方法。 Changing the incident angle of the laser beam incident on the collision point;
8. The hard X-ray beam scanning method according to claim 7, wherein the beam incident angle control device and the laser incident angle control device are controlled in synchronism so that the electron beam and the laser beam collide head-on.
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