JP3480695B2 - X線発生用ターゲット - Google Patents
X線発生用ターゲットInfo
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Description
照射して誘起されるプラズマからのX線を効率良く発生
させるX線発生用ターゲットに関するものである。
射すると、高イオン化レーザ誘起プラズマが生成され、
この高イオン化状態のプラズマの膨張・冷却過程におい
てX線が放射される[X-ray Science and Technology,e
d.by A.G.Michelle and C.J.Budely,IOP publishing,Lo
ndon,1993]。特にレーザ光として短パルスレーザ光を
用いることにより、発生するX線のパルス幅も短くなる
ことが報告されており、従来の他のX線光源では実現で
きない短パルスX線を軟X線から硬X線に及ぶ広いエネ
ルギー領域に渡り発生できる特徴を有している[M.Murn
ane et al.,"Generation and application of ultrafas
t X-ray sources",IEEE J.Quantum Electron.,25,2417
(1989)]。
がターゲット表面に形成された高密度のプラズマによっ
て反射されてしまうという問題のために、従来はレーザ
光からX線へのエネルギーの変換効率が大きくできなか
った。この低変換効率の問題を克服するために、プラズ
マを誘起するレーザ光を単一パルスの代わりに二連パル
スにしてターゲットに照射することでX線への変換効率
を高める試みが行われた[D.Kuhlke,U.Herpers,D.von d
er Linde,Appl. Phys. Lett.,50,1785(1987)]が、この
方法では単一パルス照射時に比べて発生するX線のパル
ス幅が数十倍にも広がってしまい、短パルスレーザ誘起
プラズマX線発生装置の特徴であるX線の短パルス性が
損なわれてしまうという問題があった。
ために、単一レーザパルス照射の条件は維持し、通常の
個体ターゲットの代わりに希ガス中で金属を蒸着させて
表面にクラスター形状の金属を低密度で堆積させたター
ゲット[M.Murnane,H.C.Kapteyn,S.P.Gordon,R.W.Falco
ne,Appl. Phys. B58,261(1994)]を用いたり、表面に蜘
蛛の巣状の多孔質層を形成したポーラスシリコンターゲ
ット[T.Nishikawa etal.,Appl. Phys. Lett.,70,1653
(1997)]を用いることにより、レーザ光で誘起されるプ
ラズマの密度を下げて変換効率を高める試みが行われ
た。しかしながら、これらの方法では、1KeV以上の
X線領域では高い増強効果が得られたが、1KeV未満
の軟X線領域では、大きな効果は得られなかった[C.Wu
lker et al.,Appl. Phys. Lett.,68,1338(1996); R.V.V
olkov et al.,Quantum Electronics28,1(1998)]。
短パルスレーザ誘起プラズマX線発生装置では、レーザ
光から短パルスX線への変換効率が高くできないという
問題があった。また、発生するX線の短パルス性を保っ
たまま、この問題を解決するための、固体ターゲットの
代わりに蒸着により表面に金属クラスターを低密度で堆
積させたターゲットや、ターゲット表面に蜘蛛の巣状の
多孔質層を形成したポーラスシリコンターゲットを用い
る方法では、1KeV未満の軟X線領域では、変換効率
の大きな向上が得られないという問題があった。本発明
は、上記課題を解決するためになされたもので、レーザ
光を固体材料に照射してX線を発生させるレーザ誘起プ
ラズマX線発生装置において、その短パルス性の特徴を
損なうことがないような単一レーザパルス照射時にも、
軟X線領域において変換効率の大幅な向上を可能とした
X線発生用ターゲットを提供することを目的とする。
ために、本発明によれば、レーザ光を照射するとプラズ
マおよびプラズマからのX線を発生する、少なくともレ
ーザ光を照射する表面に、陽極酸化法により形成された
ナノメータサイズの径を有する、複数の細孔が設けられ
た固体であって、細孔が、レーザ光が照射される平面に
対して垂直な方向に形成されたX線発生用ターゲットが
提供される。この場合、細孔は、陽極酸化法により形成
されたナノメータサイズの径を有する。また、上述した
ターゲットの一構成例は、面心立方最密構造を有する金
属が用いられる。この場合、面心立方最密構造を有する
金属の一構成例は、アルミニウムもしくはその合金が用
いられる。
の形態を説明する。図1は、この発明の実施の形態であ
るレーザ誘起プラズマX線発生装置の構成を示す説明図
である。このレーザ誘起プラズマX線発生装置では、高
出力短パルスレーザ装置1から出射した単一レーザパル
ス光2を集光レンズ3、レーザ光入射用透明窓8を通し
てX発生用ターゲット5に照射し、X線パルス6を発生
させる。このX線発生用ターゲット5は真空容器4内に
設置されているが、これは軟X線の空気による減衰を防
ぐためであり、硬X線を発生させる場合には、真空容器
4は必ずしも必要としない。
ゲット5を把持する機構、並びにX線発生用ターゲット
5をレーザーパルスの照射ごとに移動して照射場所を変
更できる微動・回転機構を有している。そして、本実施
の形態では、X線発生用ターゲット5として、その表面
にナノメータサイズの径を有する垂直な細孔が多数設け
られた固体材料を使用している。
を有する金属である、アルミニウムに陽極酸化を行っ
て、その表面にアルミナ膜を形成して作製することがで
きる。図2は、この発明の実施の形態であるレーザ誘起
プラズマX線発生装置に用いるX線発生用ターゲットの
表面構造を示す説明図である。このX線発生用ターゲッ
トには、アルミニウム板21の表面にナノメータサイズ
の径を有する垂直な細孔22を多数有する平均密度の低
いアルミナ膜23が形成されている。本実施の形態にお
けるX線発生用ターゲットでは、細孔径30nm、深さ
30μm、細孔間距離100nmである。
有する垂直な細孔が多数設けられたアルミニウム板の作
製方法の一例を以下に説明する。図3は、この発明のレ
ーザ誘起プラズマX線発生用ターゲットを陽極酸化する
方法を示す説明図である。0.5wt%シュウ酸溶液3
3を満たした電解槽35に、ターゲットとなる平板状の
アルミニウム板31と、陰極として用いる円筒状のアル
ミニウム筒32を、アルミニウム板31がアルミニウム
筒32内の中心に配置されるようにして入れ、アルミニ
ウム板31を定電圧直流電源34のプラス側に、アルミ
ニウム筒32をマイナス側にそれぞれ接続する。次に、
液温を20℃とし、定電圧直流電源34を用いて40V
で2時間、陽極酸化を行う。次に、アルミニウム板31
をリン酸に1時間浸し、細孔径を広げる。これにより、
細孔間距離100nm、細孔径30nmで、深さ30μ
mの細孔を有するアルミナ膜を形成することができる。
また、陽極酸化後にアルミニウム板31をリン酸に浸す
代わりに、そのまま放置しても、リン酸に比べて時間が
かかるが、細孔径を拡大することができる。なお、電解
液として硫酸水溶液を用いても同様に陽極酸化や細孔径
の拡大が可能である。
装置によって発生した軟X線のスペクトル強度(IAl
O)を示す。ここでは、X線発生用ターゲット5とし
て、細孔間距離100nm、細孔径30nm前後で、深
さ30μmの表面に垂直な細孔を多数有するアルミナ膜
が形成されたアルミニウム板を用いている。また、高出
力短パルスレーザ装置1としては、励起用レーザ光の波
長が790nm、レーザ光のパルス幅が100fsであ
るTi:Al2O3レーザを用いた。レーザパルスの繰り
返しは10Hzであり、レーザ光の強度は1.5×10
16W/cm2 である。このようなレーザ光をX線発生用
ターゲット5に照射することにより発生する軟X線を、
X線出射用真空ポート9に取り付けられた図示しない斜
入射分光器によって分光して、マルチチャンネルX線検
出器によってそのスペクトルを測定した。ここで、1K
eVは波長1.24nmに相当する。なお、波長6nm
より短い領域でX線強度が0となっているのは、この領
域では使用したX線検出器の感度がないためであり、こ
の領域で本発明のX線発生用ターゲットの効果がないこ
とを意味するものではない。
前の通常のアルミニウム板からなるX線発生用ターゲッ
トに上記と同一条件のレーザ光を照射したときの軟X線
スペクトル強度(IAl)も併せて示す。図4から明ら
かなように、X線発生用ターゲットとして、アルミニウ
ム板に陽極酸化処理を行い、表面にナノメータサイズの
径を有する垂直な細孔が多数形成されたターゲットを用
いることにより、通常のアルミニウム板からなるターゲ
ットに対してレーザ誘起プラズマからのX線発生量を4
〜10倍に高めることができた。
とにより、発生するX線の短パルス性が保てる単一レー
ザパルス照射の条件下でも、ターゲット表面に垂直な細
孔に沿って、レーザ光がターゲット内部まで深く進入で
きるため、相互作用領域が増大し、レーザ誘起プラズマ
の発生量を増加でき、レーザ光からX線への変換効率を
飛躍的に高めることができる。また、レーザ光が照射さ
れるターゲットの平均密度が、細孔分減少するため、タ
ーゲット表面に誘起されるプラズマ密度が減少し、レー
ザ光のプラズマによる反射が抑制され、レーザ光からX
線への変換効率がより向上する。
を陽極酸化することでX線発生用ターゲットを作製した
が、陽極酸化により同じように表面にナノメータサイズ
の径を有する垂直な細孔を多数形成可能なアルミニウム
合金をはじめ、面心立方最密構造を有する金属を用いて
も、同様なX線発生用ターゲットが得られることは言う
までもない。
レーザ誘起プラズマを用いたX線発生装置のX線発生用
ターゲットとして、レーザ光が照射される平面に陽極酸
化法により形成されたナノメータサイズの径を有する垂
直な複数の細孔が設けられた固体材料を用いることによ
り、発生するX線の短パルス性の特徴を損なわない単一
レーザパルス照射条件においても、軟X線領域の変換効
率を大幅に向上することができる。
は、アルミニウム板を陽極酸化することによって容易に
作製できるため、安価に軟X線領域の変換効率を向上で
きるという効果が得られる。
ズマX線発生装置の構成を示す説明図である。
ズマX線発生装置に用いるX線発生用ターゲットの表面
構造を示す説明図である。
ーゲットを陽極酸化する方法を示す説明図である。
って発生した軟X線のスペクトル強度を示す図である。
光、3…集光レンズ、4…真空容器、5…X線発生用タ
ーゲット、6…X線パルス、7…ターゲット駆動装置、
8…レーザ光入射用透明窓、9…X線出射用真空ポー
ト、21,31…アルミニウム板、22…細孔、23…
アルミナ膜、32…アルミニウム筒、33…シュウ酸溶
液、34…定電圧直流電源、35…電解槽。
Claims (2)
- 【請求項1】 レーザ光を照射するとプラズマおよび前
記プラズマからのX線を発生するターゲットにおいて、 このターゲットは、少なくともレーザ光を照射する表面
に、陽極酸化法により形成されたナノメータサイズの径
を有する複数の細孔が設けられた固体であって、 前記細孔は、レーザ光が照射される平面に対して垂直な
方向に形成されたものであり、 前記ターゲットは、面心立方最密構造を有する金属であ
る ことを特徴とするX線発生用ターゲット。 - 【請求項2】 前記面心立方最密構造を有する金属は、アルミニウムもしくはその合金 であることを特徴とする
請求項1記載のX線発生用ターゲット。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8430199A JP3480695B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | X線発生用ターゲット |
Publications (2)
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JP2000277292A JP2000277292A (ja) | 2000-10-06 |
JP3480695B2 true JP3480695B2 (ja) | 2003-12-22 |
Family
ID=13826666
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP8430199A Expired - Fee Related JP3480695B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | X線発生用ターゲット |
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1999
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Non-Patent Citations (5)
Title |
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上杉直他,高出力Ti:AL2O3レーザ誘起AlプラズマからのX線発生,電気学会光・量子デバイス研究会資料,日本,社団法人電気学会,1995年 3月17日,OQD−95、No.11−18,pp.19−25 |
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