JP3982299B2

JP3982299B2 - Laser optical system for laser Compton scattered X-ray and X-ray generator using the same

Info

Publication number: JP3982299B2
Application number: JP2002092471A
Authority: JP
Inventors: 元治丸下
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP2003288999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系及びそれを用いたＸ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のＸ線発生装置の原理図であり、図６は図５の楕円領域Ａの拡大図である。
【０００３】
図５に示すＸ線発生装置１は、レーザシンクロトロン放射光源（ＬＳＳ）であり、主にレーザ光２を発生するレーザ光源３と、レーザ光を集光、コリメートするレンズ群４と、電子ビームを発生する電子銃（図示せず。）と、電子ビームを加速する加速器（図示せず。）と、加速器からの電子ビームを集光、コリメートする４極マグネット５と、レーザ光２と電子ビームとを衝突させるためのコンプトンセル６と、コンプトンセル６内を通過する電子ビームとコンプトンセル６内で発生したＸ線と電子ビームとを分離するためのダイポール７とで構成されている。
【０００４】
図６に示すコンプトンセル６は、ケーシング８と、ケーシング８内の一方の側（図では左側）に配置され、中央に貫通孔９が形成され、ケーシング８の長手方向に対して直角に入射したレーザ光２をケーシング８の長手方向に反射すると共に集光する第１の凹面鏡（図では左側）１０と、ケーシング８内の他方の側（図では右側）に配置され、中央に貫通孔１１が形成され、第１の凹面鏡１０からのレーザ光２をケーシング８の長手方向に対して直角に出射する第２の凹面鏡（図では右側）１２とを有し、ケーシング８の他方の側から入射した電子ビームｅ^-が両凹面鏡１０、１２の貫通孔９、１１を通過するようになっている。コンプトンセル６内では両凹面鏡１０、１２の間を通過するレーザ光２と、両貫通孔９、１１を通過する電子ビームｅ^-とが衝突するようになっている。
【０００５】
なお、１３は電子ビームｅ^-の位置を観測するためのＢＰＭ（ビームポジションモニタ）であり、１４は電子ビームｅ^-の位置を微調整するためのステアリングコイルである。１５はコンプトンセル６内のレーザ光２を観測するためのＩＲカメラであり、１６はコンプトンセル６からの電子ビームｅ^-を観測するためのファラディカップである。１７はベリリウムウィンドウであり、１８はダイポール７で分離されたＸ線を観測するためのＸ線検知器である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コンプトンセル６内ではレーザ光２と電子ビームｅ^-とは一見正面衝突しているように見えるが、完全な正面衝突ではなく所定角度だけ斜めに１個所で衝突している。これは、両凹面鏡１０、１２のように孔あきミラーを用いると、レーザ光２の光軸と電子ビームｅ^-の軌道とを完全に一致させることができないためである。このため、レーザを同期させ増幅する必要があり、両凹面鏡１０、１２には貫通孔９、１１があるのでレーザ光が損失し、その分だけＸ線の発生効率に限界があるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、Ｘ線の発生効率を向上させたレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系及びそれを用いたＸ線発生装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置に用いられるレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系であって、レーザ光が入射されるハーフミラーと、ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、加速器を通過したレーザ光を再び電子ビーム軌道へ戻す第１のミラーと、第１のミラーで反射されたレーザ光が加速器を通過して非対称ミラー及びハーフミラーで反射した後ハーフミラーの透過光路と一致するようにハーフミラーに反射させる第２のミラーとを備えたものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置に用いられるレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系であって、レーザ光が入射されるハーフミラーと、ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、加速器を通過したレーザ光をハーフミラーの透過光路と一致するようにハーフミラーに反射させる複数のミラーとを備えたものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、レーザ光が入射されるハーフミラーと、ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、加速器を通過したレーザ光を再び電子ビーム軌道へ戻す第１のミラーと、第１のミラーで反射されたレーザ光が加速器を通過して非対称ミラー及びハーフミラーで反射した後ハーフミラーの透過光路と一致するようにハーフミラーに反射させる第２のミラーとを備えたものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、レーザ光が入射されるハーフミラーと、ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、加速器を通過したレーザ光をハーフミラーの透過光路と一致するようにハーフミラーに反射させる複数のミラーとを備えたものである。
【００１２】
本発明によれば、レーザ光源からのレーザ光は、ハーフミラーを通過すると、非対称ミラーで反射されて加速器に入射して直線状の電子ビーム軌道を通過すると共に電子ビームと正面衝突する。加速器から出射したレーザ光は第１のミラーで反射されて再び加速器に入射して直線上の電子ビーム軌道を通過して加速器から出射し非対称ミラーで反射され、ハーフミラーで反射された後第２のミラーで反射されてハーフミラー、非対称ミラー、加速器及び第１のミラーからなる光路を複数回往復すると共に電子ビームと正面衝突を繰り返しレーザ逆コンプトン散乱Ｘ線が発生する。このため、散乱断面積が大きくなりＸ線（γ線）の発生効率が向上する。発生したＸ線は非対称ミラーでレーザ光とは異なる角度で反射する。
【００１３】
また、本発明によれば、レーザ光源からのレーザ光は、ハーフミラーを通過すると、非対称ミラーで反射されて加速器に入射して直線状の電子ビーム軌道を通過すると共に電子ビームと正面衝突する。衝突後レーザ光は加速器から出射し複数のミラー、ハーフミラー及び非対称ミラーで反射し、再び加速器に入射して直線上の電子ビーム軌道と通過すると共に電子ビームと正面衝突する。すなわち、レーザ光は非対称ミラー、加速器、ミラー、ハーフミラーからなるループ状の光路を周回しながら、電子ビームと複数回正面衝突を繰り返してレーザ逆コンプトン散乱Ｘ線が発生する。このため、散乱断面積が大きくなりＸ線（γ線）の発生効率が向上する。発生したＸ線は非対称ミラーでレーザ光とは異なる角度で反射する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１は本発明のレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系を用いたＸ線発生装置の一実施の形態を示す概念図である。図２は図１に示したＸ線発生装置に用いられる非対称ミラーの概念図であり、図３は図２に示した非対称ミラーの他の概念図である。
【００１６】
図１に示すＸ線発生装置２０は、主にレーザ光源２１と、レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系２２と、電子ビームｅ^-を発生する電子銃（図示せず。）と、電子ビームｅ^-を加速する加速器２３とで構成されている。
【００１７】
レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系２２は、レーザ光源２１からのレーザ光２４が入射されるハーフミラー２５と、ハーフミラー２５を通過したレーザ光の光路２４−１上に配置され、光路２４−１上のレーザ光の反射光路２４−２が加速器２３の直線状の電子ビーム軌道（光路）２８と一致するように配置された非対称ミラー２６と、加速器２３を通過して光路２４−３上を進むレーザ光を再び電子ビーム軌道２８へ戻す第１のミラー（凹面鏡でもよい。）２９と、第１のミラー２９で反射されて光路２４−３を進むレーザ光が加速器２３を通過して光路２４−２を通り、非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａ及びハーフミラー２５で反射して光路２４−４を通った後ハーフミラー２５の透過光路２４−１と一致するようにハーフミラー２５に反射させる第２のミラー（凹面鏡でもよい。）３０とで構成されている。
【００１８】
非対称ミラー２６は、図２に示すように結晶（例えばＢｅ）からなっており、可視光反射面２６ａが結晶面（Ｘ線反射面）２６ｂに対し角度θ２だけ傾斜するように形成されている。
【００１９】
レーザ光源２１には例えば炭酸ガスレーザ（パルスレーザ）が用いられるが、ＹＡＧレーザや銅蒸気レーザ等の高出力レーザを用いてもよい。
【００２０】
ハーフミラー２５には例えば平行平面ガラスに金属薄膜あるいは誘電体多層膜をコーティングしたものが用いられる。
【００２１】
レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系２２の各ミラー２５、２６、２９、３０の光軸調整は図示しないステッピングモータ（或いはギヤードモータ）で行われる。
【００２２】
なお、Ｌ_naは非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａの法線であり、Ｌ_nxはＸ線反射面２６ｂの法線であり、Ｌ₂₅はハーフミラー２５の可視光反射面の法線である。
【００２３】
次に図１に示したＸ線発生装置の動作について図２を参照して説明する。
【００２４】
図１に示すレーザ光源２１から出射されたレーザ光２４は、ハーフミラー２５を透過し、非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａで反射されて光路２４−２を通って加速器２３に入射する。加速器２３に入射したレーザ光は、加速器２３の直線状の電子ビーム軌道２８を通過する際に電子ビームｅ^-と正面衝突する。この衝突によりレーザ逆コンプトン散乱Ｘ線２７−１が発生する。加速器２３を通過したレーザ光は光路２４−３を通って第１のミラー２９に進み、第１のミラー２９で反射されて再び光路２４−３を通って加速器２３に入射し、直線状の電子ビーム軌道２８を通過して加速器２３から出射する。加速器２３から出射したレーザ光は光路２４−２を進み、非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａで反射される。可視光反射面２６ａで反射されたレーザ光は光路２４−１を通ってハーフミラー２５に向かう。光路２４−１上のレーザ光はハーフミラー２５で反射されて第２のミラー３０に向かう。第２のミラー３０で反射されたレーザ光は光路２４−４を逆に辿ってハーフミラー２５、非対称ミラー２６、加速器２３及び第１のミラー２９を通る光路２４−１〜２４−４、２８を複数回往復すると共に直線状の電子ビーム軌道２８で電子ビームｅ^-と正面衝突を繰り返し、そのたびにＸ線（或いはγ線）２７−１が発生する。
【００２５】
加速器２３内で発生したＸ線２７−１は光路２４−２上のレーザ光と共に非対称ミラー２６に入射する。図２に示すようにＸ線２７−１と、光路２４−２上のレーザ光とが非対称ミラー２６に入射すると、光路２４−２上の可視光であるレーザ光は可視光反射面２６ａに入射角度θ１で入射して、反射角度θ１で反射するのに対し、Ｘ線２７−１は非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａに対して入射角度θ１で入射するが、Ｘ線反射面（結晶面）２６ｂでＸ線反射面２６ｂに対して角度θ３で反射する（ブラッグ回折）。
【００２６】
尚、結晶面２６ｂの間隔をｄとし、Ｘ線２７−１、２７−２の波長をλとし、Ｘ線２７−１の結晶面２６ｂに対する入射角度を（θ１＋θ２）とすると、Ｘ線２７−１、２７−２の波長λは２ｄｓｉｎ（θ１＋θ２）を満たすようになっている。
【００２７】
すなわち、加速器２３内で発生したＸ線２７−１は、非対称ミラー２６のＸ線反射面２６ｂで光路２４−１上のレーザ光とは異なる角度で反射する。
【００２８】
図３は図１に示したＸ線発生装置に用いられる非対称ミラーの変形例を示す概念図である。
【００２９】
この非対称ミラー３１は回折格子からなっており、反射面３１ａ上に複数の溝３２が所定の間隔で形成されている。
【００３０】
このような非対称ミラー３１を用いても図２に示した非対称ミラー２６と同様の効果が得られる。
【００３１】
図４は本発明のレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系を用いたＸ線発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。なお、図１に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００３２】
図４に示すＸ線発生装置４０の図１に示したＸ線発生装置２０との相違点は、加速器２３から出射したレーザ光を複数のミラー４２〜４４を用いてハーフミラー２５、非対称ミラー２６及び加速器２３との間で周回させる点である。
【００３３】
すなわち、図４に示したＸ線発生装置４０は、主にレーザ光源２１と、レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系４１と、電子ビームｅ^-を発生する電子銃（図示せず。）と、電子ビームｅ^-を加速する加速器２３とで構成されている。
【００３４】
レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系４１は、レーザ光２４が入射されるハーフミラー２５と、ハーフミラー２５の透過光路２４−１上に配置され、透過光路２４−１上のレーザ光の反射光路２４−２が加速器２３の直線状の電子ビーム軌道２８と一致するように配置された非対称ミラー２６と、加速器２３を通過した光路２４−３上のレーザ光をハーフミラー２５の透過光路２４−１と一致するようにハーフミラー２５に反射させる複数（図では３枚であるが限定されない。）のミラー４２、４３、４４とで構成されている。なお、Ｌ₄₂はミラー４２の可視光反射面の法線を示し、Ｌ₄₃はミラー４３の可視光反射面の法線を示し、Ｌ₄₄はミラー４４の可視光反射面の法線をそれぞれ示す。
【００３５】
このＸ線発生装置４０が作動すると、レーザ光源２１からのレーザ光２４は、ハーフミラー２５を透過し、非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａで反射される。非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａで反射されて光路２４−２上を進むレーザ光は加速器２３に入射して直線状の電子ビーム軌道２８を通過する際に電子ビームｅ^-と正面衝突してレーザコンプトン散乱Ｘ線２７−１を発生する。電子ビームｅ^-と衝突した後レーザ光は加速器２３から出射して光路２４−３を進んでミラー４２に入射する。ミラー４２に入射したレーザ光はミラー４２で反射されて光路２４−５を進みミラー４３に入射する。ミラー４３に入射したレーザ光はミラー４３で反射されて光路２４−６を進んでミラー４４に入射する。ミラー４４に入射したレーザ光はミラー４４で反射されて光路２４−７を進んでハーフミラー２５に入射する。ハーフミラー２５に入射したレーザ光はハーフミラー２５で反射して光路２４−１を通って非対称ミラー２６に入射する。非対称ミラー２６に入射したレーザ光は可視光反射面２６ａで反射し、光路２４−２を通って再び加速器２３に入射して直線上の電子ビーム軌道２８を通過する際に電子ビームｅ^-と正面衝突してレーザコンプトン散乱Ｘ線２７−１を発生する。
【００３６】
すなわち、レーザ光は非対称ミラー２６、加速器２３、ミラー４２〜４４、ハーフミラー２５からなるループ状の光路２４−１〜２４−３、２４−５〜２４−７、２８を周回しながら、加速器２３内で電子ビームｅ^-と複数回正面衝突を繰り返してそのたびにレーザ逆コンプトン散乱Ｘ線（若しくはγ線）２７−１を発生する。この結果、散乱断面積が大きくなりＸ線２７−１の発生効率が向上する。発生したＸ線２７−１は非対称ミラー２６のＸ線反射面２６ｂで光路２４−１上のレーザ光とは異なる角度θ２で反射する。
【００３７】
このようなＸ線発生装置４０においても図１に示したＸ線発生装置２０と同様の効果が得られる。
【００３８】
ここで、図１、図４に示したＸ線発生装置２０、４０において、Ｌをレーザ光路の全長（図１では１往復の長さ、図４では１周の長さ）とし、Ｃを光速（３×１０⁸ｍ／ｓ）とし、ｆをレーザ繰り返し周波数（数Ｈｚ程度）、１／ｆを繰り返し時間とし、Ｔをレーザ光が距離Ｌだけ進む時間（Ｌ／Ｃ）とすると、（１／ｆ）／Ｔが整数倍となるときにレーザは同期し、これ以外のときには光路Ｌ上のレーザパルス位置がずれる。すなわち、本レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系を用いてレーザ光路長さＬ若しくは周波数ｆを変更することにより、直線状の電子ビーム軌道に多数のレーザパルスを生成することができ、電子ビームとレーザ光との散乱断面積を大きくすることができる。
【００３９】
ところで、図４に示したＸ線発生装置４０の場合は正面衝突のみであるが、図１に示したＸ線発生装置２０の場合は正面衝突の他、１８０°衝突（追突）もある。しかしながら、追突の場合は入射側のミラーで回折されない（例えば正面衝突時の発生Ｘ線のエネルギーを５０ｋｅＶとすると、追突時の発生電磁波のエネルギーはわずか１ｅＶしかないためである。）
なお、発生Ｘ線のエネルギーは数１式で表される。
【００４０】
【数１】

【００４１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、Ｘ線の発生効率を向上させたレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系及びそれを用いたＸ線発生装置の提供を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系を用いたＸ線発生装置の一実施の形態を示す概念図である。
【図２】図１に示したＸ線発生装置に用いられる非対称ミラーの概念図である。
【図３】図１に示したＸ線発生装置に用いられる非対称ミラーの変形例を示す概念図である。
【図４】本発明のレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系を用いたＸ線発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。
【図５】従来のＸ線発生装置の原理図である。
【図６】図５の楕円領域Ａの拡大図である。
【符号の説明】
２１レーザ光源
２２、４１レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系
２３加速器
２４レーザ光
２４−１〜２４−７光路
２５ハーフミラー
２６非対称ミラー
２７−１、２７−２Ｘ線
２８直線状の電子ビーム軌道（光路）
２９第１のミラー
３０第２のミラー
４２〜４４ミラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser optical system for laser Compton scattered X-rays and an X-ray generator using the same.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a principle diagram of a conventional X-ray generator, and FIG. 6 is an enlarged view of an elliptical area A in FIG.
[0003]
An X-ray generator 1 shown in FIG. 5 is a laser synchrotron radiation light source (LSS), which mainly includes a laser light source 3 that generates laser light 2, a lens group 4 that collects and collimates the laser light, and an electron beam. , An accelerator (not shown) for accelerating the electron beam, a quadrupole magnet 5 for condensing and collimating the electron beam from the accelerator, a laser beam 2 and an electron beam And a dipole 7 for separating the electron beam passing through the Compton cell 6 from the X-rays generated in the Compton cell 6 and the electron beam.
[0004]
The Compton cell 6 shown in FIG. 6 is arranged on the casing 8 and one side (left side in the figure) in the casing 8, a through hole 9 is formed in the center, and is incident at a right angle to the longitudinal direction of the casing 8. The first concave mirror (left side in the figure) 10 that reflects and collects the laser beam 2 in the longitudinal direction of the casing 8 and the other side (right side in the figure) in the casing 8 are arranged, and a through hole 11 is formed in the center. And a second concave mirror (right side in the figure) 12 that emits the laser beam 2 from the first concave mirror 10 at right angles to the longitudinal direction of the casing 8 and is incident from the other side of the casing 8. The electron beam e ⁻ passes through the through holes 9 and 11 of the biconcave mirrors 10 and 12. In the Compton cell 6, the laser beam 2 passing between the concave mirrors 10 and 12 and the electron beam e ⁻ passing through the through holes 9 and 11 collide with each other.
[0005]
Incidentally, 13 is an electron beam e ^- a BPM for observing the position (beam position monitor), 14 electron beam e ^- a steering coil for fine adjustment of the position. Reference numeral 15 denotes an IR camera for observing the laser beam 2 in the Compton cell 6, and reference numeral 16 denotes a Faraday cup for observing the electron beam e ⁻ from the Compton cell 6. Reference numeral 17 denotes a beryllium window, and reference numeral 18 denotes an X-ray detector for observing X-rays separated by the dipole 7.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the Compton cell 6, the laser beam 2 and the electron beam e ⁻ seem to have a frontal collision at first glance, but do not collide completely but collide at a single angle at a predetermined angle. This is because the use of a perforated mirror such as the two concave mirrors 10 and 12 makes it impossible to make the optical axis of the laser beam 2 and the trajectory of the electron beam e ⁻ coincide completely. For this reason, it is necessary to synchronize and amplify the laser. Since the concave mirrors 10 and 12 have the through holes 9 and 11, there is a problem that the laser beam is lost and the generation efficiency of X-rays is limited by that amount. It was.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser optical system for laser Compton scattered X-rays and an X-ray generator using the same, which solve the above-described problems and improve the X-ray generation efficiency.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a laser Compton scattered X-ray used in an X-ray generator for generating X-rays by colliding an electron beam from an accelerator and a laser beam from a laser light source. A laser optical system for a laser, which is disposed on a half mirror on which laser light is incident and a transmission optical path of the half mirror, the reflection surface of the laser light is different from the reflection surface of the X-ray, and the reflection light path of the laser light is an accelerator An asymmetrical mirror disposed so as to coincide with the linear electron beam trajectory, a first mirror for returning laser light that has passed through the accelerator to the electron beam trajectory, and laser light reflected by the first mirror. And a second mirror that is reflected by the asymmetric mirror and the half mirror and then reflected by the half mirror so as to coincide with the transmitted optical path of the half mirror.
[0009]
The invention according to claim 2 is a laser optical system for laser Compton scattered X-rays used in an X-ray generator for generating X-rays by colliding an electron beam from an accelerator and a laser beam from a laser light source. The laser beam is incident on the half mirror and the transmission light path of the half mirror, the laser light reflection surface is different from the X-ray reflection surface, and the laser light reflection light path is a linear electron beam trajectory of the accelerator. And a plurality of mirrors that reflect the laser light that has passed through the accelerator to the half mirror so as to coincide with the transmission optical path of the half mirror.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an X-ray generator for generating X-rays by colliding an electron beam from an accelerator and a laser beam from a laser light source. An asymmetrical mirror disposed on the transmission optical path, the laser light reflecting surface is different from the X-ray reflecting surface, and the laser light reflecting optical path coincides with the linear electron beam trajectory of the accelerator; The first mirror that returns the laser beam that has passed through to the electron beam trajectory again, and the laser beam reflected by the first mirror passes through the accelerator and is reflected by the asymmetric mirror and half mirror, and then matches the transmission optical path of the half mirror In this way, a second mirror that is reflected by the half mirror is provided.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an X-ray generator for generating an X-ray by colliding an electron beam from an accelerator and a laser beam from a laser light source, and a half mirror on which the laser beam is incident, An asymmetrical mirror disposed on the transmission optical path, the laser light reflecting surface is different from the X-ray reflecting surface, and the laser light reflecting optical path coincides with the linear electron beam trajectory of the accelerator; The apparatus includes a plurality of mirrors that reflect the laser beam that has passed through the half mirror so as to coincide with the transmission optical path of the half mirror.
[0012]
According to the present invention, when the laser light from the laser light source passes through the half mirror, it is reflected by the asymmetric mirror, enters the accelerator, passes through the linear electron beam trajectory, and collides with the electron beam in front. The laser beam emitted from the accelerator is reflected by the first mirror, enters the accelerator again, passes through a linear electron beam trajectory, is emitted from the accelerator, is reflected by the asymmetric mirror, is reflected by the half mirror, and is then reflected by the second mirror. The laser reverse Compton scattered X-rays are generated by reciprocating the optical path consisting of the half mirror, the asymmetric mirror, the accelerator and the first mirror a plurality of times and repeating the frontal collision with the electron beam. For this reason, the scattering cross section is increased and the generation efficiency of X-rays (γ rays) is improved. The generated X-ray is reflected by the asymmetric mirror at an angle different from that of the laser beam.
[0013]
Further, according to the present invention, when the laser light from the laser light source passes through the half mirror, it is reflected by the asymmetric mirror, enters the accelerator, passes through the linear electron beam trajectory, and collides with the electron beam in front. After the collision, the laser beam is emitted from the accelerator, reflected by a plurality of mirrors, half mirrors, and asymmetric mirrors, is incident on the accelerator again, passes through a linear electron beam trajectory, and collides with the electron beam in front. That is, while laser light circulates in a loop-shaped optical path composed of an asymmetric mirror, an accelerator, a mirror, and a half mirror, a laser inverse Compton scattered X-ray is generated by repeating a frontal collision with an electron beam a plurality of times. For this reason, the scattering cross section is increased and the generation efficiency of X-rays (γ rays) is improved. The generated X-ray is reflected by the asymmetric mirror at an angle different from that of the laser beam.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an X-ray generator using a laser optical system for laser Compton scattered X-rays according to the present invention. FIG. 2 is a conceptual diagram of the asymmetric mirror used in the X-ray generator shown in FIG. 1, and FIG. 3 is another conceptual diagram of the asymmetric mirror shown in FIG.
[0016]
The X-ray generator 20 shown in FIG. 1 mainly includes a laser light source 21, a laser Compton scattered X-ray laser optical system 22, an electron gun (not shown) that generates an electron beam e ⁻ , and an electron beam e. ^- is composed of a accelerator 23 for accelerating the.
[0017]
The laser Compton scattered X-ray laser optical system 22 is disposed on a half mirror 25 on which the laser light 24 from the laser light source 21 is incident, and an optical path 24-1 of the laser light that has passed through the half mirror 25, and the optical path 24- 1 on the optical path 24-3 passing through the accelerator 23 and the asymmetric mirror 26 arranged so that the reflected optical path 24-2 of the laser beam on the laser beam 1 coincides with the linear electron beam trajectory (optical path) 28 of the accelerator 23. A first mirror (which may be a concave mirror) 29 that returns the traveling laser light to the electron beam trajectory 28 again, and the laser light reflected by the first mirror 29 and traveling on the optical path 24-3 pass through the accelerator 23 and pass through the optical path 24. -2 is reflected by the visible light reflecting surface 26a of the asymmetrical mirror 26 and the half mirror 25, passes through the optical path 24-4, and then matches the transmitted optical path 24-1 of the half mirror 25. Second mirror (or a concave mirror.) For reflecting the error 25 is composed of a 30.
[0018]
As shown in FIG. 2, the asymmetric mirror 26 is made of a crystal (for example, Be), and is formed so that the visible light reflection surface 26a is inclined by an angle θ2 with respect to the crystal surface (X-ray reflection surface) 26b.
[0019]
For example, a carbon dioxide laser (pulse laser) is used as the laser light source 21, but a high output laser such as a YAG laser or a copper vapor laser may be used.
[0020]
As the half mirror 25, for example, a plane parallel glass coated with a metal thin film or a dielectric multilayer film is used.
[0021]
The optical axes of the

mirrors

25, 26, 29, and 30 of the laser Compton scattered X-ray laser optical system 22 are adjusted by a stepping motor (or a geared motor) (not shown).
[0022]
Note that L _na is a normal line of the visible light reflecting surface 26 a of the asymmetric mirror 26, L _nx is a normal line of the X-ray reflecting surface 26 b, and L ₂₅ is a normal line of the visible light reflecting surface of the half mirror 25. .
[0023]
Next, the operation of the X-ray generator shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
[0024]
The laser light 24 emitted from the laser light source 21 shown in FIG. 1 passes through the half mirror 25, is reflected by the visible light reflecting surface 26a of the asymmetric mirror 26, and enters the accelerator 23 through the optical path 24-2. The laser light incident on the accelerator 23 collides front with the electron beam e ⁻ when passing through the linear electron beam trajectory 28 of the accelerator 23. This collision generates laser inverse Compton scattered X-rays 27-1. The laser light that has passed through the accelerator 23 travels through the optical path 24-3 to the first mirror 29, is reflected by the first mirror 29, and enters the accelerator 23 again through the optical path 24-3, and linear electrons. The beam passes through the beam trajectory 28 and exits from the accelerator 23. The laser beam emitted from the accelerator 23 travels along the optical path 24-2 and is reflected by the visible light reflecting surface 26a of the asymmetric mirror 26. The laser light reflected by the visible light reflecting surface 26a travels to the half mirror 25 through the optical path 24-1. The laser light on the optical path 24-1 is reflected by the half mirror 25 and travels toward the second mirror 30. The laser beam reflected by the second mirror 30 follows the optical path 24-4 in the reverse direction, and passes through the optical paths 24-1 to 24-4 and 28 passing through the half mirror 25, the asymmetrical mirror 26, the accelerator 23 and the first mirror 29. While reciprocating a plurality of times, the frontal collision with the electron beam e ⁻ is repeated in the linear electron beam trajectory 28, and X-rays (or γ-rays) 27-1 are generated each time.
[0025]
The X-ray 27-1 generated in the accelerator 23 enters the asymmetric mirror 26 together with the laser beam on the optical path 24-2. As shown in FIG. 2, when the X-ray 27-1 and the laser light on the optical path 24-2 enter the asymmetric mirror 26, the laser light that is visible light on the optical path 24-2 enters the visible light reflecting surface 26a. While incident at an angle θ 1 and reflected at a reflection angle θ 1, the X-ray 27-1 is incident at an incident angle θ 1 on the visible light reflecting surface 26 a of the asymmetric mirror 26. ) 26b is reflected at an angle θ3 with respect to the X-ray reflecting surface 26b (Bragg diffraction).
[0026]
If the distance between the crystal planes 26b is d, the wavelengths of the X-rays 27-1 and 27-2 are λ, and the incident angle of the X-rays 27-1 with respect to the crystal plane 26b is (θ1 + θ2), the X-rays 27-1 , 27-2 is set to satisfy 2 dsin (θ1 + θ2).
[0027]
That is, the X-ray 27-1 generated in the accelerator 23 is reflected by the X-ray reflecting surface 26b of the asymmetric mirror 26 at a different angle from the laser light on the optical path 24-1.
[0028]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a modification of the asymmetric mirror used in the X-ray generator shown in FIG.
[0029]
The asymmetric mirror 31 is made of a diffraction grating, and a plurality of grooves 32 are formed at a predetermined interval on the reflecting surface 31a.
[0030]
Even if such an asymmetric mirror 31 is used, the same effect as the asymmetric mirror 26 shown in FIG. 2 can be obtained.
[0031]
FIG. 4 is a conceptual diagram showing another embodiment of an X-ray generator using a laser optical system for laser Compton scattered X-rays according to the present invention. In addition, the same code | symbol was used for the member similar to the member shown in FIG.
[0032]
The X-ray generator 40 shown in FIG. 4 differs from the X-ray generator 20 shown in FIG. 1 in that the laser beam emitted from the accelerator 23 is half mirror 25 and asymmetric mirror 26 using a plurality of mirrors 42 to 44. And it is a point made to circulate between the accelerators 23.
[0033]
That is, the X-ray generator 40 shown in FIG. 4 mainly includes a laser light source 21, a laser Compton scattered X-ray laser optical system 41, an electron gun (not shown) that generates an electron beam e ⁻ , and the like. And an accelerator 23 for accelerating the electron beam e ⁻ .
[0034]
The laser Compton scattered X-ray laser optical system 41 is disposed on the half mirror 25 on which the laser light 24 is incident and the transmission light path 24-1 of the half mirror 25, and the reflected light path of the laser light on the transmission light path 24-1. The asymmetric mirror 26 arranged so that 24-2 coincides with the linear electron beam trajectory 28 of the accelerator 23, and the laser beam on the optical path 24-3 that has passed through the accelerator 23 is transmitted through the optical path 24-1 of the half mirror 25. Are made up of a plurality of

mirrors

42, 43, and 44 (three in the figure, but not limited) that are reflected by the half mirror 25. L ₄₂ represents the normal of the visible light reflecting surface of the mirror 42, L ₄₃ represents the normal of the visible light reflecting surface of the mirror 43, and L ₄₄ represents the normal of the visible light reflecting surface of the mirror 44. .
[0035]
When the X-ray generator 40 is activated, the laser light 24 from the laser light source 21 passes through the half mirror 25 and is reflected by the visible light reflecting surface 26 a of the asymmetric mirror 26. The laser beam reflected on the visible light reflecting surface 26a of the asymmetric mirror 26 and traveling on the optical path 24-2 is incident on the accelerator 23 and collides with the electron beam e ⁻ in a frontal collision when passing through the linear electron beam trajectory 28. Laser Compton scattered X-rays 27-1 are generated. After colliding with the electron beam e ⁻ , the laser beam is emitted from the accelerator 23, travels along the optical path 24-3, and enters the mirror 42. The laser light incident on the mirror 42 is reflected by the mirror 42, travels along the optical path 24-5, and enters the mirror 43. The laser light incident on the mirror 43 is reflected by the mirror 43, travels along the optical path 24-6, and enters the mirror 44. The laser light incident on the mirror 44 is reflected by the mirror 44, travels along the optical path 24-7, and enters the half mirror 25. The laser light incident on the half mirror 25 is reflected by the half mirror 25 and enters the asymmetric mirror 26 through the optical path 24-1. The laser light incident on the asymmetric mirror 26 is reflected by the visible light reflecting surface 26a, the electron beam e in passing through the electron beam trajectory 28 on the straight line through the optical path 24-2 is incident again into the accelerator 23 ^- and the front Colliding to generate laser Compton scattered X-rays 27-1.
[0036]
That is, the laser beam circulates in a loop-shaped optical path 24-1 to 24-3, 24-5 to 24-7, 28 including the asymmetric mirror 26, the accelerator 23, the mirrors 42 to 44, and the half mirror 25, and the accelerator 23 The electron beam e ⁻ and the frontal collision are repeated a plurality of times, and laser inverse Compton scattered X-rays (or γ rays) 27-1 are generated each time. As a result, the scattering cross section is increased and the generation efficiency of the X-ray 27-1 is improved. The generated X-ray 27-1 is reflected by the X-ray reflection surface 26 b of the asymmetric mirror 26 at an angle θ 2 different from the laser beam on the optical path 24-1.
[0037]
Such an X-ray generator 40 can provide the same effects as those of the X-ray generator 20 shown in FIG.
[0038]
Here, in the

X-ray generators

20 and 40 shown in FIGS. 1 and 4, L is the total length of the laser light path (the length of one reciprocation in FIG. 1, the length of one round in FIG. 4), and C is the speed of light. If (3 × 10 ⁸ m / s), f is the laser repetition frequency (about several Hz), 1 / f is the repetition time, and T is the time (L / C) that the laser beam travels by the distance L, (1 / F) The laser is synchronized when / T is an integral multiple, and the laser pulse position on the optical path L is shifted otherwise. That is, by changing the laser optical path length L or the frequency f using the laser Compton scattered X-ray laser optical system, a large number of laser pulses can be generated in a linear electron beam trajectory. The scattering cross section with the laser beam can be increased.
[0039]
By the way, in the case of the X-ray generator 40 shown in FIG. 4, only a frontal collision is caused, but in the case of the X-ray generator 20 shown in FIG. However, in the case of a rear-end collision, it is not diffracted by the incident side mirror (for example, if the generated X-ray energy at the time of frontal collision is 50 keV, the energy of the generated electromagnetic wave at the rear-end collision is only 1 eV).
Note that the energy of the generated X-rays is expressed by Equation 1.
[0040]
[Expression 1]

[0041]
【The invention's effect】
In summary, according to the present invention, it is possible to provide a laser optical system for laser Compton scattered X-rays with improved X-ray generation efficiency and an X-ray generator using the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an X-ray generator using a laser optical system for laser Compton scattered X-rays according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of an asymmetric mirror used in the X-ray generator shown in FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a modification of the asymmetric mirror used in the X-ray generator shown in FIG.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing another embodiment of an X-ray generator using a laser optical system for laser Compton scattered X-rays according to the present invention.
FIG. 5 is a principle diagram of a conventional X-ray generator.
6 is an enlarged view of an elliptical area A in FIG.
[Explanation of symbols]
21 Laser

light source

22, 41 Laser Compton scattered X-ray laser optical system 23 Accelerator 24 Laser light 24-1-24-7 Optical path 25 Half mirror 26 Asymmetric mirror 27-1, 27-2 X-ray 28 Linear electron beam trajectory (Light path)
29 1st mirror 30 2nd mirror 42-44 Mirror

Claims

A laser optical system for laser Compton scattered X-rays used in an X-ray generator for generating an X-ray by colliding an electron beam from an accelerator and a laser beam from a laser light source, and a half mirror on which the laser beam is incident And the laser beam reflection surface is different from the X-ray reflection surface, and the laser beam reflection optical path is aligned with the linear electron beam trajectory of the accelerator. An asymmetric mirror, a first mirror that returns the laser light that has passed through the accelerator to the linear electron beam trajectory again, and the laser light reflected by the first mirror passes through the accelerator to pass through the asymmetric mirror and the And a second mirror that is reflected by the half mirror and then reflected by the half mirror so as to coincide with the transmission optical path of the half mirror. A laser optical system for emissions scattered X-rays.

A laser optical system for laser Compton scattered X-rays used in an X-ray generator for generating an X-ray by colliding an electron beam from an accelerator and a laser beam from a laser light source, and a half mirror on which the laser beam is incident And the laser beam reflection surface is different from the X-ray reflection surface, and the laser beam reflection optical path is aligned with the linear electron beam trajectory of the accelerator. A laser optical system for laser Compton scattered X-rays, comprising: an asymmetrical mirror; and a plurality of mirrors for reflecting the laser beam that has passed through the accelerator to the half mirror so as to coincide with the transmission optical path of the half mirror .

In an X-ray generator for generating X-rays by colliding an electron beam from an accelerator and a laser beam from a laser light source, a laser beam is disposed on a half mirror on which the laser beam is incident, and a transmission optical path of the half mirror. An asymmetric mirror arranged so that the reflection surface of the light is different from the reflection surface of the X-ray and the reflected light path of the laser light coincides with the linear electron beam trajectory of the accelerator, and the laser light that has passed through the accelerator is The first mirror returning to the electron beam trajectory, and the laser beam reflected by the first mirror pass through the accelerator and are reflected by the asymmetric mirror and the half mirror, and then coincide with the transmitted light path of the half mirror. An X-ray generator comprising: a second mirror that reflects the half mirror.

In an X-ray generator for generating X-rays by colliding an electron beam from an accelerator and a laser beam from a laser light source, a laser beam is disposed on a half mirror on which the laser beam is incident, and a transmission optical path of the half mirror. An asymmetric mirror disposed so that the light reflecting surface is different from the X-ray reflecting surface and the reflected light path of the laser light coincides with the linear electron beam trajectory of the accelerator, and the laser light that has passed through the accelerator is An X-ray generator comprising: a plurality of mirrors that are reflected by the half mirror so as to coincide with a transmission optical path of the mirror.