JP3959228B2 - 放射化分析方法および放射化分析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高エネルギー粒子の発生方法およびこれを利用した放射化分析方法と、高エネルギー粒子発生装置および放射化分析装置に関する。更に詳述すると、本発明は、レーザ光線を利用した高エネルギー粒子の発生方法およびこれを利用した放射化分析方法と、高エネルギー粒子発生装置および放射化分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物質の状態を測定する方法として、短時間パルスのイオンビームや電子ビームあるいはＸ線などを測定対象物に照射し、その後の測定対象物の過渡的な特性変化、例えば特定波長の光の吸収量の変化や蛍光Ｘ線などを計測することで測定対象物の分析を行う放射化分析がある。
【０００３】
従来の放射化分析では、短時間パルスのイオンビーム、電子ビーム、Ｘ線等を発生させるのに加速器を使用していた。即ち、高エネルギー粒子源として、加速器が使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加速器の使用は設備装置類を大掛かりなものとし、しかも高価にしていた。また、その取り扱いに専門的な知識が必要であり、その取り扱いを複雑なものにしていた。
【０００５】
本発明は、設備装置類の小型化、低コスト化が可能で、しかも取り扱いが簡便な高エネルギー粒子の発生方法およびこれを利用した放射化分析方法と高エネルギー粒子発生装置および放射化分析装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１記載の放射化分析方法は、瞬間的な照射でターゲットを電離すると共に照射領域から電子を追い出し加速するレーザ光線であってパルス幅が０．４ピコ秒以下且つレーザエネルギーが１Ｊ以下でありピーク出力が１０ １９ Ｗ／ｃｍ ２ のレーザ光線をターゲットに瞬間的に照射してポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで加速させた高エネルギー粒子を発生させ、高エネルギー粒子を測定対象物に照射して放射化分析を行うものである。
【０００７】
即ち、高エネルギーのレーザ光線をターゲットに照射すると、レーザ光線の電界等によってターゲットが電離して電子や正イオン（原子核）等が加速され、高エネルギーの粒子が発生する。レーザ光線の照射は瞬間的なものであり、正イオンが拡散し始める前に正イオンを加速する電界を十分に形成することができる。
【０００８】
発生させる高エネルギー粒子の種類はターゲットの材料の選択等により決めることができる。例えば、ターゲットとしてガスなどを用いれば電子を、薄膜を用いればイオンを、厚い金属ターゲットを用いれば電磁波を、主な高エネルギー粒子として選択的に発生させることが可能である。
【０００９】
そして、上述の高エネルギー粒子の発生方法によって発生させた高エネルギー粒子を測定対象物に照射して放射化分析を行うことができる。
この場合、請求項２記載の放射化分析方法のように、高エネルギー粒子として、中性子、Ｘ線、電子、陽電子のいずれかを用いるようにしても良い。
【００１０】
さらに、請求項３記載の放射化分析装置は、ターゲットと、瞬間的な照射でターゲットを電離すると共に照射領域から電子を追い出し加速するレーザ光線であってパルス幅が０．４ピコ秒以下且つレーザエネルギーが１Ｊ以下でありピーク出力が１０ １９ Ｗ／ｃｍ ２ のレーザ光線をターゲットに瞬間的に照射してポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで加速させた高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段と、高エネルギー粒子の照射を受けた測定対象物の変化を計測する計測手段とを備えるものである。
【００１１】
したがって、レーザ光線照射手段によって高エネルギーのパルスレーザ光線をターゲットに照射すると、ターゲットの照射面が電離して電子や正イオンが加速され、高エネルギー粒子が発生する。レーザ光線の照射は瞬間的なものであり、正イオンが拡散し始める前に正イオンを加速する電界を十分に形成することができる。そして、この高エネルギー粒子は測定対象物を放射化できるエネルギーを有する。放射化された測定対象物の変化を計測手段によって計測し、その結果に基づいて諸特性を分析する。例えば、レーザ光線をターゲットに照射することで高エネルギー電子を発生させ、この高エネルギーの電子ビームを測定対象物としての水に照射すると、水中に水和電子が生成される。計測手段によって水和電子が有する７２０ｎｍの吸収の過渡特性を計測することで、水和電子の寿命を計測することができる。水和電子の寿命は水の純度に大きく影響されるので、計測結果に基づいて測定対象物の純度を評価することができる。
【００１２】
発生させる高エネルギー粒子の種類はターゲットの材料の選択等により決めることができる。例えば、ターゲットとしてガスなどを用いれば電子を、薄膜を用いればイオンを、厚い金属ターゲットを用いれば電磁波を、主な高エネルギー粒子として選択的に発生させることが可能である。
【００１３】
また、請求項４記載の放射化分析装置は、ターゲットが固体である。したがって、ターゲットが気体である場合に比べて、よりパルス幅の短い高エネルギー粒子を発生させることができると共に、光学的なアライメントの調整が容易である。
【００１４】
また、請求項５記載の放射化分析装置は、ターゲットがガス状又はクラスター状の物体である。ガス状のターゲットに高エネルギーのレーザ光線を照射すると、プラズマ波によって荷電粒子を加速するので、より高エネルギーの荷電粒子を発生させることができ、さらには、制動放射によってより高エネルギーの電磁波を発生させることができる。一方、クラスター状のターゲットに高エネルギーのレーザ光線を照射すると、レーザ光線の吸収効率が高まり、より多くの高エネルギー粒子を発生させることができる。
【００１５】
また、請求項６記載の放射化分析装置は、ターゲットのレーザ照射面とは反対側へ高エネルギー粒子を射出するようにしている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１に本発明を適用した高エネルギー粒子の発生方法の実施形態の一例を、図２に本発明を適用した高エネルギー粒子発生装置の実施形態の一例をそれぞれ示す。
【００２０】
この高エネルギー粒子発生装置１１は、ターゲット１２と、瞬間的な照射でターゲット１２の電離と照射領域から電子を追い出し加速することが可能なエネルギーのレーザ光線１３をターゲット１２に瞬間的に照射して高エネルギー粒子１４を発生させるレーザ光線照射手段１５を備えて構成されている。レーザ光線照射手段１５によってターゲット１２の電離と照射領域から電子を追い出し加速することが可能なエネルギーのレーザ光線１３をターゲット１２に瞬間的に照射する（ステップＳ１）と、高エネルギー粒子１４が発生（ステップＳ２）する。なお、ターゲット１２は真空中に配置されており、真空中で高エネルギー粒子１４を発生させる。
【００２１】
例えば、ピークパワーが１テラＷ以上のレーザ光線１３を、例えばポリエチレンテレフタレートの薄膜よりなるターゲット１２に集光して瞬間的に照射する。すると、レーザ光線１３の非常に高い電界や光圧力、レーザパルスにより誘起されたプラズマ波により生じた進行電界などにより、極微少な照射領域から電子が追い出され加速される。レーザによる電界はターゲット１２の垂直方向に急激に減衰するので、追い出された電子はターゲット１２に垂直な方向に加速される。即ち、高エネルギー粒子１４として、ターゲット１２に対して垂直、且つレーザ照射面１２ａとは反対側に進む高エネルギー電子を発生させることができる。
【００２２】
一方、発生した高エネルギー電子がターゲット１２中で減速等されると、高エネルギー電子が進んでいた方向に向けて制動放射によるＸ線が発生する。即ち、高エネルギー粒子１４として、ターゲット１２に対して垂直、且つレーザ照射面１２ａとは反対側に進むＸ線を発生させることができる。なお、制動放射を起こさせるためにターゲット１２とは別の部材を設けても良い。
【００２３】
また、ターゲット１２のレーザ照射領域において、電子が追い出されて電離された原子核（正イオン）は電子に比べて質量が大きいため、レーザ光線１３の照射後しばらくの間はほとんど動かない。このため、極微少な照射領域が正イオンの高密度領域となり、その静電気力で正イオンは爆発的に加速され、例えば図３に示すような１０メガ電子ボルトに近い高エネルギーの正イオンが発生する。つまり、レーザ光線１３の照射領域は一定の面積を有しているので、正イオンの高密度領域は例えば直径数十μｍ、厚み１０μｍ以下程度のシート状のものとなり、平面的な電位分布が形成される。したがって、この電界によって加速される正イオンはレーザ光線１３の照射面に対して垂直で、且つレーザ照射面１２ａとは反対側に進む。即ち、レーザ光線１３をターゲット１２に照射することで、高エネルギー粒子１４として、ターゲット１２に対して垂直、且つレーザ照射面１２ａとは反対側に進む高エネルギーの正イオンを発生させることができる。
【００２４】
さらに、上述のようにして発生させた正イオン，電子，Ｘ線がターゲット１２中で他の原子核に核反応を起こさせたり、他の物質との間で相互作用を起こすことで、高エネルギーの中性子、電子と陽電子、同位体、γ線、α粒子等を発生させることができる。
【００２５】
つまり、いろいろな種類の高エネルギー粒子源として使用することができる。
【００２６】
なお、ターゲット１２に照射するレーザ光線１３は短パルスのもの、例えばパルス幅が１ピコ秒以下のものが好ましい。パルス幅が１ピコ秒よりも長くなると、レーザ光線１３の瞬間的な照射時間が長くなることからレーザ光線１３によって電離された原子核の拡散が照射終了前に始まり、電荷分離領域の形成が不十分になって原子核を十分に加速するのが困難になるからである。また、同じエネルギーでもパルス幅を短くすることでピークパワーを高くすることができてレーザ光線１３による電界を大きくすることができ、より電荷分離領域の正負の差を大きくして加速に適したものにすることができるからである。ただし、パルス幅が１ピコ秒よりも長いレーザ光線１３の使用も可能である。
【００２７】
この高エネルギー粒子発生装置１１では、ターゲット１２の厚みと材料を適切に選択することで、発生した高エネルギー粒子１４、特に電子のターゲット１２中における損失を最小に抑えることが可能である。
【００２８】
また、ターゲット１２としては、ポリエチレンテレフタレートの薄膜に限るものではなく、ポリエチレンテレフタレート以外の薄膜や、薄膜以外のものでも良い。さらに、固体のターゲット１２に限るものではなく、ガスジェット等の気体のターゲット１２を使用しても良い。気体のターゲット１２を使用する場合には、レーザ光線１３の照射によってガスが発生して真空が劣化するため、ポンプ等の真空排気装置を設置する。
【００２９】
なお、ターゲット１２として固体のものを使用する場合には、高エネルギー粒子１４の発生がレーザ光線１３の照射時に限られるので、パルス幅が短いレーザ光線１３を使用することで、パルス幅が短い高エネルギー粒子１４のパルスビームを発生させることができる。例えば、パルス幅が１０フェムト秒程度の高エネルギー粒子ビームの発生が可能である。一方、ターゲット１２としてガスジェットを使用する場合には、まずプラズマを作り、それにレーザ光線１３を透過させることにより、プラズマ波という電子密度の粗密波が発生し、このプラズマ波によって電子を加速する。一般に、プラズマ波の寿命はレーザ光線１３のパルス幅よりも長い。したがって、これにより発生する粒子ビームの時間的な長さはレーザ光線１３のパルス幅よりも長くなる。このため、ターゲット１２としてガスジェットを使用する場合には、固体のターゲット１２を使用する場合よりも高エネルギー粒子１４のビームのパルス幅が長くなる。
【００３０】
一方、ターゲット１２としてガス状のものを使用する場合には、上述のようにプラズマ波によって電子を加速することになるので、より高エネルギーの電子を発生させることができる。例えば、固体のターゲット１２を使用した場合に比べて約１０倍位の高エネルギーに電子を加速することができる。そして、かかる高エネルギーの電子の制動放射によってより高エネルギーの電磁波を発生させることができる。
【００３１】
また、ターゲット１２としてクラスター状のものを使用する場合には、ターゲット１２のレーザ光線の吸収効率を高めることができるため、より多くの高エネルギー粒子を発生させることができる。このため、レーザ光線照射手段１５を小型化することができる。クラスター状のターゲット１２を用いる場合には、ターゲット１２となる気体を冷却して真空中に高速で噴射させる。この気体は断熱膨張による冷却で凝集が進み、原子や分子の集合体であるクラスターとなる。この凝集は非常に短時間で進むため、気体の噴出口の近くにレーザ光線を照射する。即ち、クラスター状のターゲット１２にレーザ光線を照射することができる。
【００３２】
以上のような高エネルギー粒子発生装置１１を粒子源として使用し、放射化分析を行うことができる。図４に本発明に係る放射化分析方法の実施形態の一例を、図５に本発明に係る放射化分析装置の実施形態の一例をそれぞれ示す。この放射化分析装置は、高エネルギー粒子発生装置１１と、高エネルギー粒子発生装置１１によって発生させた高エネルギー粒子１４の照射を受けた測定対象物１６の変化を計測する計測手段１７を備えている。なお、本実施形態では、例えば水の放射化により生成された水和電子の寿命を計測することで水の純度を評価するパルスラジオリシスを例に説明する。
【００３３】
レーザ光線照射手段１５は、例えば１０ＴＷの出力のハイブリッドチタン：サファイヤ／Ｎｄ：燐酸塩ガラスＣＰＡレーザ装置である。このレーザ装置は、例えばパルス幅４００フェムト秒で３ジュール程度のエネルギーを有するレーザ光線１３を、例えば直径１０ミクロン程度の大きさに集光してターゲット１２に照射することができる。即ち、このレーザ装置では、発振器で発生させたレーザ光線１３をパルス幅拡張器でパルス幅の拡張を行った後、増幅器で増幅し、さらにパルス幅圧縮機でパルス幅を圧縮することでピークパワーを増加させている。そして、この様にして発生させた超短パルスでピークパワーの大きなレーザ光線１３を集光レンズによって集光し、ターゲット１２に照射する。例えば、発振器で発生させたパルス時間幅が０．１ピコ秒、レーザエネルギーが１マイクロＪのレーザ光線をパルス幅拡張器によってパルス時間幅が１ナノ秒、レーザエネルギーが１０マイクロＪのレーザ光線にした後、増幅器でパルス時間幅が１ナノ秒、レーザエネルギーが１Ｊ以下のレーザ光線にし、さらにパルス幅圧縮器によってパルス時間幅が０．４ピコ秒、レーザエネルギーが１Ｊ以下のレーザ光線に変換する。このようにパルス時間幅を圧縮することで、レーザ光線１３のピーク出力を約１０テラＷにすることができる。
【００３４】
パルス幅がピコ秒程度よりも短いレーザ光線１３を物体に照射すると、高エネルギーかつ超短時間パルス（例えば数１０フェムト秒程度の短パルス）の高エネルギー粒子１４が発生する。
【００３５】
例えば、レーザ照射時に発生する高エネルギー電子の温度（エネルギー）を求める式を数式１に示す。
【数１】
ここで、Ｔehotは発生する電子の温度、ｍは電子の質量、ｃは光の速度、Ｉはレーザ光線１３の単位面積当たりの出力である。
【００３６】
これによると、例えば、プラスチック薄膜の固体のターゲット１２に対してレーザ光線１３をＩ＝１０１９Ｗ／ｃｍ２に集光して照射した場合には、波長８００ｎｍのレーザ光線１３によって０．７ＭｅＶの高エネルギー電子を発生させることができる。また、レーザ光線１３にプレパルスがなければ、レーザ光線１３は非常に急峻な境界面を照射することになり、この時はいわゆるバーネル加熱機構により数式１で記述されるようなポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで電子を加速することができる。
【００３７】
計測手段１７は、例えば７２０ｎｍの波長の光を測定対象物１６である水に照射する光源１８と、測定対象物１６を透過した光を検出するディテクタ１９を備えている。短パルスのレーザ光線１３をターゲット１２に照射して発生させた数１０ナノ秒程度の短パルスの電子ビームを測定対象物１６である水に照射すると、水中に水和電子が生成される。水和電子が生成された水に光源１８から光を照射し、この水を透過した光をディテクタ１９によって測定することで水和電子が有する７２０ｎｍの波長の光の吸収過渡特性を利用して水和電子の寿命を測定することができる。水和電子の寿命は水の純度に大きく影響されるので、データ分析装置２２はディテクタ１９の測定結果に基づいて水の純度を評価する。
【００３８】
なお、測定対象物１６に照射する電子ビームを短パルスにすることで、水和電子の寿命に対して照射時間を十分に短くすることができ、より高精度の計測が可能になる。すなわち、電子ビームのパルス幅が長くなり水の照射時間があまり長くなると、照射開始直後に生成された水和電子が消滅してから照射終了直前に生成された水和電子が消滅するまでの時間が長くなり、水和電子の寿命の計測に対して大きく影響するようになって計測値に含まれる誤差が大きくなる。このため、高エネルギー粒子１４の照射を誤差が許容できる程度の瞬間的なものにしている。本実施形態では、高エネルギー粒子１４のビームとして、パルス幅が数１０フェムト秒程度の瞬間的な短パルスを使用している。
【００３９】
また、水和電子によって水の純度を評価するパルスラジオリシス以外の用途に適用する場合であっても、短パルスの高エネルギー粒子ビームを使用することで、時間分解能を有するようになり、このため高エネルギー粒子ビームの照射などにより発生した光やγ線の飛来時間に基づいて、空間分解能を有することが可能になる。また、短パルスの高エネルギー粒子ビームの照射後すぐに特性Ｘ線などが出てくる場合には、ゲート時間を短くすることにより、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させることができる。
【００４０】
本実施形態では、測定対象物１６である水を、例えば石英の容器２０に封入している。この容器２０は、発生した高エネルギー粒子１４が測定対象物１６に達するまでの伝播時間が水和電子の寿命の計測に対して問題にならない程度にターゲット１２に十分近づけて配置されている。すなわち、容器２０をターゲット１２に十分近づけて配置することで、発生した高エネルギー粒子１４のエネルギーに大きなばらつきがあっても、高エネルギー粒子１４の測定対象物１６への到達時間のばらつきが水和電子の寿命計測時に問題となる誤差を発生させるのを防止することができる。
【００４１】
また、ターゲット１２のレーザ照射面１２ａの劣化を防止するために、ターゲット１２をディスク形状に成形して回転機構で回転駆動したり、あるいはテープ状に成形して巻き取り機構で巻き取り走行させたりして、常に異なる部分にレーザ光線１３が照射されるようにしている。
【００４２】
なお、ターゲット１２と測定対象物１６の間には、レーザ光遮蔽用の薄膜２１が設けられている。高エネルギー粒子１４は、この薄膜２１を透過することができる。薄膜２１によってレーザ光線１３を遮ることでこのレーザ光線１３が測定対象物１６に入射するのを防止し、光源１８の光の吸収を計測する際のノイズの発生を防止する。
【００４３】
次に、放射化分析方法について説明する。この方法は、上述の高エネルギー粒子の発生方法によって発生させた高エネルギー粒子１４を測定対象物１６に照射して放射化分析を行うものである。即ち、ターゲット１２の電離と照射領域から電子を追い出し加速することが可能なエネルギーのレーザ光線１３をターゲット１２に瞬間的に照射（ステップＳ３１）して高エネルギー粒子１４を発生させ（ステップＳ３２）、この高エネルギー粒子１４を測定対象物１６に照射し（ステップＳ３３）、測定対象物１６の変化を計測することで放射化分析を行う（ステップＳ３４，Ｓ３５）ものである。
【００４４】
例えば、水和電子を計測するパルスラジオリシスでは、先ず、パルス幅が１ピコ秒程度以下の超短パルスのレーザ光線１３をターゲット１２に高強度に集光させて瞬間的に照射する（ステップＳ３１）。
【００４５】
超短パルスのレーザ光線１３の照射により、高エネルギー粒子１４として電子がレーザ光パルスの時間幅程度の時間的パルス幅で発生する。この高エネルギー電子はターゲット１２のレーザ照射面１２ａにて発生するが、ターゲット１２は十分薄いので、高エネルギー電子はターゲット１２をあまり減衰されることなく透過する。例えば、０．１ＭｅＶの電子の透過長はアルミニュウムの場合には１００μｍ程度である。したがって、厚さが数１００μｍのターゲット１２であれば、数ＭｅＶの高エネルギー電子は透過することができる。
【００４６】
発生した高エネルギー電子はレーザ光遮蔽用の薄膜２１を通り抜け、測定対象物１６の水を照射する。高エネルギー電子は石英の容器２０を透過し、水を励起し、水中に水和電子を発生させる。水和電子は水分子を分極させることにより生ずるポテンシャルを発生させ、そこにトラップされた電子は常温、常圧では７２０ｎｍの波長光について吸収を生ずる。光源１８の光を水に対して透過させ、前述した吸収による光の減衰の時間特性を測ることにより、水和電子の寿命を計測することができる。水和電子の寿命は水の純度などに依存することが知られており、これに基づいて水の純度の評価などを行うことができる。
【００４７】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、パルスラジオリシスを例にしていたがこれに限るものではないことは勿論である。例えば、イオン誘起Ｘ線発光スペクトロメトリ、中性子ラジオリシス、Ｘ線誘起蛍光法等に適用しても良い。なお、イオン誘起Ｘ線発光スペクトロメトリに適用する場合には、例えば高エネルギー粒子１４として水素などのイオンを使用し、測定手段として半導体やプラスチックシンチレータなどのＸ線ディテクタを使用することが好ましい。また、中性子ラジオリシスに適用する場合には、例えば高エネルギー粒子１４として中性子を使用し、測定手段として半導体やプラスチックシンチレータなどのＸ線ディテクタを使用することが好ましい。さらに、Ｘ線誘起蛍光法等に適用する場合には、例えば高エネルギー粒子１４としてＸ線を使用し、測定手段として半導体やプラスチックシンチレータなどのＸ線ディテクタを使用することが好ましい。
また、本発明をアクティベーション法による内部診断に適用しても良い。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の放射化分析方法では、瞬間的な照射でターゲットを電離すると共に照射領域から電子を追い出し加速するレーザ光線であってパルス幅が０．４ピコ秒以下且つレーザエネルギーが１Ｊ以下でありピーク出力が１０ １９ Ｗ／ｃｍ ２ のレーザ光線をターゲットに瞬間的に照射してポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで加速させた高エネルギー粒子を発生させるので、加速器等の大掛かりな装置類を使用しなくても、高エネルギー粒子を発生させることができる。このため、高エネルギー粒子源として小型化されたものを提供することができ、また低コストで、且つ取り扱い易い高エネルギー粒子源を提供することができる。
【００４９】
また、上述の高エネルギー粒子の発生方法によって発生させた高エネルギー粒子を測定対象物に照射して放射化分析を行うので、加速器等の大掛かりな装置類を使用しなくても、放射化分析を行うことができる。
【００５０】
この場合、請求項２記載の放射化分析方法のように、高エネルギー粒子として、中性子、Ｘ線、電子、陽電子のいずれかを用いるようにしても良い。即ち、放射化分析の対象等に応じて適当な高エネルギー粒子を使用することができる。
【００５１】
さらに、請求項３記載の放射化分析装置では、ターゲットと、瞬間的な照射でターゲットを電離すると共に照射領域から電子を追い出し加速するレーザ光線であってパルス幅が０．４ピコ秒以下且つレーザエネルギーが１Ｊ以下でありピーク出力が１０ １９ Ｗ／ｃｍ ２ のレーザ光線をターゲットに瞬間的に照射してポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで加速させた高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段と、高エネルギー粒子の照射を受けた測定対象物の変化を計測する計測手段とを備えているので、加速器等の大掛かりな装置類を使用しなくても、高エネルギー粒子を発生させることができ、放射化分析を簡便に且つ低コストで行うことができる。このため、高エネルギー粒子源として小型化されたものを提供することができ、また低コストで、且つ取り扱い易い高エネルギー粒子源を提供することができる。また、かかる高エネルギー粒子発生装置の使用により、パルスラジオリシス等の放射化分析の普及促進を図ることができる。
【００５２】
また、請求項４記載の放射化分析装置では、ターゲットが固体であるので、ターゲットが気体である場合に比べて、よりパルス幅の短い高エネルギー粒子を発生させることができると共に、光学的なアライメントの調整が容易になる。
【００５３】
また、請求項５記載の放射化分析装置では、ターゲットがガス状又はクラスター状の物体であるので、ガス状のターゲットを使用する場合にはプラズマ波によって荷電粒子を加速するので、より高エネルギーの荷電粒子を発生させることができ、さらには、制動放射によってより高エネルギーの電磁波を発生させることができる。一方、クラスター状のターゲットを使用する場合にはレーザ光線の吸収効率が高まるので、より多くの高エネルギー粒子を発生させることができる。このため、レーザ光線照射手段を小型化することができる。
【００５４】
また、請求項６記載の放射化分析装置では、ターゲットのレーザ照射面とは反対側へ高エネルギー粒子を射出するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した高エネルギー粒子の発生方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明を適用した高エネルギー粒子発生装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図３】レーザ光線の強さと発生するイオンの最大エネルギーとの関係を示す図である。
【図４】本発明を適用した放射化分析方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明を適用した放射化分析装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１ 高エネルギー粒子発生装置
１２ ターゲット
１２ａ レーザ照射面
１３ レーザ光線
１４ 高エネルギー粒子
１５ レーザ光線照射手段
１６ 測定対象物
１７ 計測手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、高エネルギー粒子の発生方法およびこれを利用した放射化分析方法と、高エネルギー粒子発生装置および放射化分析装置に関する。更に詳述すると、本発明は、レーザ光線を利用した高エネルギー粒子の発生方法およびこれを利用した放射化分析方法と、高エネルギー粒子発生装置および放射化分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物質の状態を測定する方法として、短時間パルスのイオンビームや電子ビームあるいはＸ線などを測定対象物に照射し、その後の測定対象物の過渡的な特性変化、例えば特定波長の光の吸収量の変化や蛍光Ｘ線などを計測することで測定対象物の分析を行う放射化分析がある。
【０００３】
従来の放射化分析では、短時間パルスのイオンビーム、電子ビーム、Ｘ線等を発生させるのに加速器を使用していた。即ち、高エネルギー粒子源として、加速器が使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加速器の使用は設備装置類を大掛かりなものとし、しかも高価にしていた。また、その取り扱いに専門的な知識が必要であり、その取り扱いを複雑なものにしていた。
【０００５】
本発明は、設備装置類の小型化、低コスト化が可能で、しかも取り扱いが簡便な高エネルギー粒子の発生方法およびこれを利用した放射化分析方法と高エネルギー粒子発生装置および放射化分析装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１記載の放射化分析方法は、瞬間的な照射でターゲットを電離すると共に照射領域から電子を追い出し加速するレーザ光線であってパルス幅が０．４ピコ秒以下且つレーザエネルギーが１Ｊ以下でありピーク出力が１０ １９ Ｗ／ｃｍ ２ のレーザ光線をターゲットに瞬間的に照射してポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで加速させた高エネルギー粒子を発生させ、高エネルギー粒子を測定対象物に照射して放射化分析を行うものである。
【０００７】
即ち、高エネルギーのレーザ光線をターゲットに照射すると、レーザ光線の電界等によってターゲットが電離して電子や正イオン（原子核）等が加速され、高エネルギーの粒子が発生する。レーザ光線の照射は瞬間的なものであり、正イオンが拡散し始める前に正イオンを加速する電界を十分に形成することができる。
【０００８】
発生させる高エネルギー粒子の種類はターゲットの材料の選択等により決めることができる。例えば、ターゲットとしてガスなどを用いれば電子を、薄膜を用いればイオンを、厚い金属ターゲットを用いれば電磁波を、主な高エネルギー粒子として選択的に発生させることが可能である。
【０００９】
そして、上述の高エネルギー粒子の発生方法によって発生させた高エネルギー粒子を測定対象物に照射して放射化分析を行うことができる。
この場合、請求項２記載の放射化分析方法のように、高エネルギー粒子として、中性子、Ｘ線、電子、陽電子のいずれかを用いるようにしても良い。
【００１０】
さらに、請求項３記載の放射化分析装置は、ターゲットと、瞬間的な照射でターゲットを電離すると共に照射領域から電子を追い出し加速するレーザ光線であってパルス幅が０．４ピコ秒以下且つレーザエネルギーが１Ｊ以下でありピーク出力が１０ １９ Ｗ／ｃｍ ２ のレーザ光線をターゲットに瞬間的に照射してポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで加速させた高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段と、高エネルギー粒子の照射を受けた測定対象物の変化を計測する計測手段とを備えるものである。
【００１１】
したがって、レーザ光線照射手段によって高エネルギーのパルスレーザ光線をターゲットに照射すると、ターゲットの照射面が電離して電子や正イオンが加速され、高エネルギー粒子が発生する。レーザ光線の照射は瞬間的なものであり、正イオンが拡散し始める前に正イオンを加速する電界を十分に形成することができる。そして、この高エネルギー粒子は測定対象物を放射化できるエネルギーを有する。放射化された測定対象物の変化を計測手段によって計測し、その結果に基づいて諸特性を分析する。例えば、レーザ光線をターゲットに照射することで高エネルギー電子を発生させ、この高エネルギーの電子ビームを測定対象物としての水に照射すると、水中に水和電子が生成される。計測手段によって水和電子が有する７２０ｎｍの吸収の過渡特性を計測することで、水和電子の寿命を計測することができる。水和電子の寿命は水の純度に大きく影響されるので、計測結果に基づいて測定対象物の純度を評価することができる。
【００１２】
発生させる高エネルギー粒子の種類はターゲットの材料の選択等により決めることができる。例えば、ターゲットとしてガスなどを用いれば電子を、薄膜を用いればイオンを、厚い金属ターゲットを用いれば電磁波を、主な高エネルギー粒子として選択的に発生させることが可能である。
【００１３】
また、請求項４記載の放射化分析装置は、ターゲットが固体である。したがって、ターゲットが気体である場合に比べて、よりパルス幅の短い高エネルギー粒子を発生させることができると共に、光学的なアライメントの調整が容易である。
【００１４】
また、請求項５記載の放射化分析装置は、ターゲットがガス状又はクラスター状の物体である。ガス状のターゲットに高エネルギーのレーザ光線を照射すると、プラズマ波によって荷電粒子を加速するので、より高エネルギーの荷電粒子を発生させることができ、さらには、制動放射によってより高エネルギーの電磁波を発生させることができる。一方、クラスター状のターゲットに高エネルギーのレーザ光線を照射すると、レーザ光線の吸収効率が高まり、より多くの高エネルギー粒子を発生させることができる。
【００１５】
また、請求項６記載の放射化分析装置は、ターゲットのレーザ照射面とは反対側へ高エネルギー粒子を射出するようにしている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１に本発明を適用した高エネルギー粒子の発生方法の実施形態の一例を、図２に本発明を適用した高エネルギー粒子発生装置の実施形態の一例をそれぞれ示す。
【００２０】
この高エネルギー粒子発生装置１１は、ターゲット１２と、瞬間的な照射でターゲット１２の電離と照射領域から電子を追い出し加速することが可能なエネルギーのレーザ光線１３をターゲット１２に瞬間的に照射して高エネルギー粒子１４を発生させるレーザ光線照射手段１５を備えて構成されている。レーザ光線照射手段１５によってターゲット１２の電離と照射領域から電子を追い出し加速することが可能なエネルギーのレーザ光線１３をターゲット１２に瞬間的に照射する（ステップＳ１）と、高エネルギー粒子１４が発生（ステップＳ２）する。なお、ターゲット１２は真空中に配置されており、真空中で高エネルギー粒子１４を発生させる。
【００２１】
例えば、ピークパワーが１テラＷ以上のレーザ光線１３を、例えばポリエチレンテレフタレートの薄膜よりなるターゲット１２に集光して瞬間的に照射する。すると、レーザ光線１３の非常に高い電界や光圧力、レーザパルスにより誘起されたプラズマ波により生じた進行電界などにより、極微少な照射領域から電子が追い出され加速される。レーザによる電界はターゲット１２の垂直方向に急激に減衰するので、追い出された電子はターゲット１２に垂直な方向に加速される。即ち、高エネルギー粒子１４として、ターゲット１２に対して垂直、且つレーザ照射面１２ａとは反対側に進む高エネルギー電子を発生させることができる。
【００２２】
一方、発生した高エネルギー電子がターゲット１２中で減速等されると、高エネルギー電子が進んでいた方向に向けて制動放射によるＸ線が発生する。即ち、高エネルギー粒子１４として、ターゲット１２に対して垂直、且つレーザ照射面１２ａとは反対側に進むＸ線を発生させることができる。なお、制動放射を起こさせるためにターゲット１２とは別の部材を設けても良い。
【００２３】
また、ターゲット１２のレーザ照射領域において、電子が追い出されて電離された原子核（正イオン）は電子に比べて質量が大きいため、レーザ光線１３の照射後しばらくの間はほとんど動かない。このため、極微少な照射領域が正イオンの高密度領域となり、その静電気力で正イオンは爆発的に加速され、例えば図３に示すような１０メガ電子ボルトに近い高エネルギーの正イオンが発生する。つまり、レーザ光線１３の照射領域は一定の面積を有しているので、正イオンの高密度領域は例えば直径数十μｍ、厚み１０μｍ以下程度のシート状のものとなり、平面的な電位分布が形成される。したがって、この電界によって加速される正イオンはレーザ光線１３の照射面に対して垂直で、且つレーザ照射面１２ａとは反対側に進む。即ち、レーザ光線１３をターゲット１２に照射することで、高エネルギー粒子１４として、ターゲット１２に対して垂直、且つレーザ照射面１２ａとは反対側に進む高エネルギーの正イオンを発生させることができる。
【００２４】
さらに、上述のようにして発生させた正イオン，電子，Ｘ線がターゲット１２中で他の原子核に核反応を起こさせたり、他の物質との間で相互作用を起こすことで、高エネルギーの中性子、電子と陽電子、同位体、γ線、α粒子等を発生させることができる。
【００２５】
つまり、いろいろな種類の高エネルギー粒子源として使用することができる。
【００２６】
なお、ターゲット１２に照射するレーザ光線１３は短パルスのもの、例えばパルス幅が１ピコ秒以下のものが好ましい。パルス幅が１ピコ秒よりも長くなると、レーザ光線１３の瞬間的な照射時間が長くなることからレーザ光線１３によって電離された原子核の拡散が照射終了前に始まり、電荷分離領域の形成が不十分になって原子核を十分に加速するのが困難になるからである。また、同じエネルギーでもパルス幅を短くすることでピークパワーを高くすることができてレーザ光線１３による電界を大きくすることができ、より電荷分離領域の正負の差を大きくして加速に適したものにすることができるからである。ただし、パルス幅が１ピコ秒よりも長いレーザ光線１３の使用も可能である。
【００２７】
この高エネルギー粒子発生装置１１では、ターゲット１２の厚みと材料を適切に選択することで、発生した高エネルギー粒子１４、特に電子のターゲット１２中における損失を最小に抑えることが可能である。
【００２８】
また、ターゲット１２としては、ポリエチレンテレフタレートの薄膜に限るものではなく、ポリエチレンテレフタレート以外の薄膜や、薄膜以外のものでも良い。さらに、固体のターゲット１２に限るものではなく、ガスジェット等の気体のターゲット１２を使用しても良い。気体のターゲット１２を使用する場合には、レーザ光線１３の照射によってガスが発生して真空が劣化するため、ポンプ等の真空排気装置を設置する。
【００２９】
なお、ターゲット１２として固体のものを使用する場合には、高エネルギー粒子１４の発生がレーザ光線１３の照射時に限られるので、パルス幅が短いレーザ光線１３を使用することで、パルス幅が短い高エネルギー粒子１４のパルスビームを発生させることができる。例えば、パルス幅が１０フェムト秒程度の高エネルギー粒子ビームの発生が可能である。一方、ターゲット１２としてガスジェットを使用する場合には、まずプラズマを作り、それにレーザ光線１３を透過させることにより、プラズマ波という電子密度の粗密波が発生し、このプラズマ波によって電子を加速する。一般に、プラズマ波の寿命はレーザ光線１３のパルス幅よりも長い。したがって、これにより発生する粒子ビームの時間的な長さはレーザ光線１３のパルス幅よりも長くなる。このため、ターゲット１２としてガスジェットを使用する場合には、固体のターゲット１２を使用する場合よりも高エネルギー粒子１４のビームのパルス幅が長くなる。
【００３０】
一方、ターゲット１２としてガス状のものを使用する場合には、上述のようにプラズマ波によって電子を加速することになるので、より高エネルギーの電子を発生させることができる。例えば、固体のターゲット１２を使用した場合に比べて約１０倍位の高エネルギーに電子を加速することができる。そして、かかる高エネルギーの電子の制動放射によってより高エネルギーの電磁波を発生させることができる。
【００３１】
また、ターゲット１２としてクラスター状のものを使用する場合には、ターゲット１２のレーザ光線の吸収効率を高めることができるため、より多くの高エネルギー粒子を発生させることができる。このため、レーザ光線照射手段１５を小型化することができる。クラスター状のターゲット１２を用いる場合には、ターゲット１２となる気体を冷却して真空中に高速で噴射させる。この気体は断熱膨張による冷却で凝集が進み、原子や分子の集合体であるクラスターとなる。この凝集は非常に短時間で進むため、気体の噴出口の近くにレーザ光線を照射する。即ち、クラスター状のターゲット１２にレーザ光線を照射することができる。
【００３２】
以上のような高エネルギー粒子発生装置１１を粒子源として使用し、放射化分析を行うことができる。図４に本発明に係る放射化分析方法の実施形態の一例を、図５に本発明に係る放射化分析装置の実施形態の一例をそれぞれ示す。この放射化分析装置は、高エネルギー粒子発生装置１１と、高エネルギー粒子発生装置１１によって発生させた高エネルギー粒子１４の照射を受けた測定対象物１６の変化を計測する計測手段１７を備えている。なお、本実施形態では、例えば水の放射化により生成された水和電子の寿命を計測することで水の純度を評価するパルスラジオリシスを例に説明する。
【００３３】
レーザ光線照射手段１５は、例えば１０ＴＷの出力のハイブリッドチタン：サファイヤ／Ｎｄ：燐酸塩ガラスＣＰＡレーザ装置である。このレーザ装置は、例えばパルス幅４００フェムト秒で３ジュール程度のエネルギーを有するレーザ光線１３を、例えば直径１０ミクロン程度の大きさに集光してターゲット１２に照射することができる。即ち、このレーザ装置では、発振器で発生させたレーザ光線１３をパルス幅拡張器でパルス幅の拡張を行った後、増幅器で増幅し、さらにパルス幅圧縮機でパルス幅を圧縮することでピークパワーを増加させている。そして、この様にして発生させた超短パルスでピークパワーの大きなレーザ光線１３を集光レンズによって集光し、ターゲット１２に照射する。例えば、発振器で発生させたパルス時間幅が０．１ピコ秒、レーザエネルギーが１マイクロＪのレーザ光線をパルス幅拡張器によってパルス時間幅が１ナノ秒、レーザエネルギーが１０マイクロＪのレーザ光線にした後、増幅器でパルス時間幅が１ナノ秒、レーザエネルギーが１Ｊ以下のレーザ光線にし、さらにパルス幅圧縮器によってパルス時間幅が０．４ピコ秒、レーザエネルギーが１Ｊ以下のレーザ光線に変換する。このようにパルス時間幅を圧縮することで、レーザ光線１３のピーク出力を約１０テラＷにすることができる。
【００３４】
パルス幅がピコ秒程度よりも短いレーザ光線１３を物体に照射すると、高エネルギーかつ超短時間パルス（例えば数１０フェムト秒程度の短パルス）の高エネルギー粒子１４が発生する。
【００３５】
例えば、レーザ照射時に発生する高エネルギー電子の温度（エネルギー）を求める式を数式１に示す。
【数１】
【００３６】
これによると、例えば、プラスチック薄膜の固体のターゲット１２に対してレーザ光線１３をＩ＝１０１９Ｗ／ｃｍ２に集光して照射した場合には、波長８００ｎｍのレーザ光線１３によって０．７ＭｅＶの高エネルギー電子を発生させることができる。また、レーザ光線１３にプレパルスがなければ、レーザ光線１３は非常に急峻な境界面を照射することになり、この時はいわゆるバーネル加熱機構により数式１で記述されるようなポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで電子を加速することができる。
【００３７】
計測手段１７は、例えば７２０ｎｍの波長の光を測定対象物１６である水に照射する光源１８と、測定対象物１６を透過した光を検出するディテクタ１９を備えている。短パルスのレーザ光線１３をターゲット１２に照射して発生させた数１０ナノ秒程度の短パルスの電子ビームを測定対象物１６である水に照射すると、水中に水和電子が生成される。水和電子が生成された水に光源１８から光を照射し、この水を透過した光をディテクタ１９によって測定することで水和電子が有する７２０ｎｍの波長の光の吸収過渡特性を利用して水和電子の寿命を測定することができる。水和電子の寿命は水の純度に大きく影響されるので、データ分析装置２２はディテクタ１９の測定結果に基づいて水の純度を評価する。
【００３８】
なお、測定対象物１６に照射する電子ビームを短パルスにすることで、水和電子の寿命に対して照射時間を十分に短くすることができ、より高精度の計測が可能になる。すなわち、電子ビームのパルス幅が長くなり水の照射時間があまり長くなると、照射開始直後に生成された水和電子が消滅してから照射終了直前に生成された水和電子が消滅するまでの時間が長くなり、水和電子の寿命の計測に対して大きく影響するようになって計測値に含まれる誤差が大きくなる。このため、高エネルギー粒子１４の照射を誤差が許容できる程度の瞬間的なものにしている。本実施形態では、高エネルギー粒子１４のビームとして、パルス幅が数１０フェムト秒程度の瞬間的な短パルスを使用している。
【００３９】
また、水和電子によって水の純度を評価するパルスラジオリシス以外の用途に適用する場合であっても、短パルスの高エネルギー粒子ビームを使用することで、時間分解能を有するようになり、このため高エネルギー粒子ビームの照射などにより発生した光やγ線の飛来時間に基づいて、空間分解能を有することが可能になる。また、短パルスの高エネルギー粒子ビームの照射後すぐに特性Ｘ線などが出てくる場合には、ゲート時間を短くすることにより、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させることができる。
【００４０】
本実施形態では、測定対象物１６である水を、例えば石英の容器２０に封入している。この容器２０は、発生した高エネルギー粒子１４が測定対象物１６に達するまでの伝播時間が水和電子の寿命の計測に対して問題にならない程度にターゲット１２に十分近づけて配置されている。すなわち、容器２０をターゲット１２に十分近づけて配置することで、発生した高エネルギー粒子１４のエネルギーに大きなばらつきがあっても、高エネルギー粒子１４の測定対象物１６への到達時間のばらつきが水和電子の寿命計測時に問題となる誤差を発生させるのを防止することができる。
【００４１】
また、ターゲット１２のレーザ照射面１２ａの劣化を防止するために、ターゲット１２をディスク形状に成形して回転機構で回転駆動したり、あるいはテープ状に成形して巻き取り機構で巻き取り走行させたりして、常に異なる部分にレーザ光線１３が照射されるようにしている。
【００４２】
なお、ターゲット１２と測定対象物１６の間には、レーザ光遮蔽用の薄膜２１が設けられている。高エネルギー粒子１４は、この薄膜２１を透過することができる。薄膜２１によってレーザ光線１３を遮ることでこのレーザ光線１３が測定対象物１６に入射するのを防止し、光源１８の光の吸収を計測する際のノイズの発生を防止する。
【００４３】
次に、放射化分析方法について説明する。この方法は、上述の高エネルギー粒子の発生方法によって発生させた高エネルギー粒子１４を測定対象物１６に照射して放射化分析を行うものである。即ち、ターゲット１２の電離と照射領域から電子を追い出し加速することが可能なエネルギーのレーザ光線１３をターゲット１２に瞬間的に照射（ステップＳ３１）して高エネルギー粒子１４を発生させ（ステップＳ３２）、この高エネルギー粒子１４を測定対象物１６に照射し（ステップＳ３３）、測定対象物１６の変化を計測することで放射化分析を行う（ステップＳ３４，Ｓ３５）ものである。
【００４４】
例えば、水和電子を計測するパルスラジオリシスでは、先ず、パルス幅が１ピコ秒程度以下の超短パルスのレーザ光線１３をターゲット１２に高強度に集光させて瞬間的に照射する（ステップＳ３１）。
【００４５】
超短パルスのレーザ光線１３の照射により、高エネルギー粒子１４として電子がレーザ光パルスの時間幅程度の時間的パルス幅で発生する。この高エネルギー電子はターゲット１２のレーザ照射面１２ａにて発生するが、ターゲット１２は十分薄いので、高エネルギー電子はターゲット１２をあまり減衰されることなく透過する。例えば、０．１ＭｅＶの電子の透過長はアルミニュウムの場合には１００μｍ程度である。したがって、厚さが数１００μｍのターゲット１２であれば、数ＭｅＶの高エネルギー電子は透過することができる。
【００４６】
発生した高エネルギー電子はレーザ光遮蔽用の薄膜２１を通り抜け、測定対象物１６の水を照射する。高エネルギー電子は石英の容器２０を透過し、水を励起し、水中に水和電子を発生させる。水和電子は水分子を分極させることにより生ずるポテンシャルを発生させ、そこにトラップされた電子は常温、常圧では７２０ｎｍの波長光について吸収を生ずる。光源１８の光を水に対して透過させ、前述した吸収による光の減衰の時間特性を測ることにより、水和電子の寿命を計測することができる。水和電子の寿命は水の純度などに依存することが知られており、これに基づいて水の純度の評価などを行うことができる。
【００４７】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の説明では、パルスラジオリシスを例にしていたがこれに限るものではないことは勿論である。例えば、イオン誘起Ｘ線発光スペクトロメトリ、中性子ラジオリシス、Ｘ線誘起蛍光法等に適用しても良い。なお、イオン誘起Ｘ線発光スペクトロメトリに適用する場合には、例えば高エネルギー粒子１４として水素などのイオンを使用し、測定手段として半導体やプラスチックシンチレータなどのＸ線ディテクタを使用することが好ましい。また、中性子ラジオリシスに適用する場合には、例えば高エネルギー粒子１４として中性子を使用し、測定手段として半導体やプラスチックシンチレータなどのＸ線ディテクタを使用することが好ましい。さらに、Ｘ線誘起蛍光法等に適用する場合には、例えば高エネルギー粒子１４としてＸ線を使用し、測定手段として半導体やプラスチックシンチレータなどのＸ線ディテクタを使用することが好ましい。
また、本発明をアクティベーション法による内部診断に適用しても良い。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の放射化分析方法では、瞬間的な照射でターゲットを電離すると共に照射領域から電子を追い出し加速するレーザ光線であってパルス幅が０．４ピコ秒以下且つレーザエネルギーが１Ｊ以下でありピーク出力が１０ １９ Ｗ／ｃｍ ２ のレーザ光線をターゲットに瞬間的に照射してポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで加速させた高エネルギー粒子を発生させるので、加速器等の大掛かりな装置類を使用しなくても、高エネルギー粒子を発生させることができる。このため、高エネルギー粒子源として小型化されたものを提供することができ、また低コストで、且つ取り扱い易い高エネルギー粒子源を提供することができる。
【００４９】
また、上述の高エネルギー粒子の発生方法によって発生させた高エネルギー粒子を測定対象物に照射して放射化分析を行うので、加速器等の大掛かりな装置類を使用しなくても、放射化分析を行うことができる。
【００５０】
この場合、請求項２記載の放射化分析方法のように、高エネルギー粒子として、中性子、Ｘ線、電子、陽電子のいずれかを用いるようにしても良い。即ち、放射化分析の対象等に応じて適当な高エネルギー粒子を使用することができる。
【００５１】
さらに、請求項３記載の放射化分析装置では、ターゲットと、瞬間的な照射でターゲットを電離すると共に照射領域から電子を追い出し加速するレーザ光線であってパルス幅が０．４ピコ秒以下且つレーザエネルギーが１Ｊ以下でありピーク出力が１０ １９ Ｗ／ｃｍ ２ のレーザ光線をターゲットに瞬間的に照射してポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで加速させた高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段と、高エネルギー粒子の照射を受けた測定対象物の変化を計測する計測手段とを備えているので、加速器等の大掛かりな装置類を使用しなくても、高エネルギー粒子を発生させることができ、放射化分析を簡便に且つ低コストで行うことができる。このため、高エネルギー粒子源として小型化されたものを提供することができ、また低コストで、且つ取り扱い易い高エネルギー粒子源を提供することができる。また、かかる高エネルギー粒子発生装置の使用により、パルスラジオリシス等の放射化分析の普及促進を図ることができる。
【００５２】
また、請求項４記載の放射化分析装置では、ターゲットが固体であるので、ターゲットが気体である場合に比べて、よりパルス幅の短い高エネルギー粒子を発生させることができると共に、光学的なアライメントの調整が容易になる。
【００５３】
また、請求項５記載の放射化分析装置では、ターゲットがガス状又はクラスター状の物体であるので、ガス状のターゲットを使用する場合にはプラズマ波によって荷電粒子を加速するので、より高エネルギーの荷電粒子を発生させることができ、さらには、制動放射によってより高エネルギーの電磁波を発生させることができる。一方、クラスター状のターゲットを使用する場合にはレーザ光線の吸収効率が高まるので、より多くの高エネルギー粒子を発生させることができる。このため、レーザ光線照射手段を小型化することができる。
【００５４】
また、請求項６記載の放射化分析装置では、ターゲットのレーザ照射面とは反対側へ高エネルギー粒子を射出するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した高エネルギー粒子の発生方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明を適用した高エネルギー粒子発生装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【図３】レーザ光線の強さと発生するイオンの最大エネルギーとの関係を示す図である。
【図４】本発明を適用した放射化分析方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明を適用した放射化分析装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１ 高エネルギー粒子発生装置
１２ ターゲット
１２ａ レーザ照射面
１３ レーザ光線
１４ 高エネルギー粒子
１５ レーザ光線照射手段
１６ 測定対象物
１７ 計測手段
Claims (6)
- 瞬間的な照射でターゲットを電離すると共に照射領域から電子を追い出し加速するレーザ光線であってパルス幅が０．４ピコ秒以下且つレーザエネルギーが１Ｊ以下でありピーク出力が１０ １９ Ｗ／ｃｍ ２ のレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射してポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで加速させた高エネルギー粒子を発生させ、該高エネルギー粒子を測定対象物に照射して放射化分析を行うことを特徴とする放射化分析方法。
- 前記高エネルギー粒子として、中性子、Ｘ線、電子、陽電子のいずれかを用いることを特徴とする請求項１記載の放射化分析方法。
- ターゲットと、瞬間的な照射で前記ターゲットを電離すると共に照射領域から電子を追い出し加速するレーザ光線であってパルス幅が０．４ピコ秒以下且つレーザエネルギーが１Ｊ以下でありピーク出力が１０ １９ Ｗ／ｃｍ ２ のレーザ光線を前記ターゲットに瞬間的に照射してポンデラ・モーティブ・ポテンシャル以上のエネルギーまで加速させた高エネルギー粒子を発生させるレーザ光線照射手段と、前記高エネルギー粒子の照射を受けた測定対象物の変化を計測する計測手段とを備えることを特徴とする放射化分析装置。
- 前記ターゲットは固体であることを特徴とする請求項３記載の放射化分析装置。
- 前記ターゲットはガス状又はクラスター状の物体であることを特徴とする請求項３記載の放射化分析装置。
- 前記ターゲットのレーザ照射面とは反対側へ高エネルギー粒子を射出することを特徴とする請求項３から５のいずれか一つに記載の放射化分析装置。
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