JP4174331B2

JP4174331B2 - Ｘ線発生装置及び発生方法

Info

Publication number: JP4174331B2
Application number: JP2003015092A
Authority: JP
Inventors: 文雄酒井
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP2004227952A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームと電子ビームとを衝突させ、Ｘ線を発生させる、Ｘ線発生装置及び発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動解析手法として一般に用いられているポンプ−プローブ法は、電子線（ポンプ）−レーザ（プローブ）、または、レーザ（ポンプ）−Ｘ線（プローブ）という光源の組み合わせで行われていた。（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照。）異なった波長のＸ線（ポンプ）−Ｘ線（プローブ）光源はなかった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２６４８９９号公報
【特許文献２】
特開２００２−３３３５００号公報
【特許文献３】
特許２５２８６２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、複数のパルス状電子ビームに１つのパルス状レーザビームを衝突させて、時間差をおいてＸ線を発生させる、Ｘ線発生装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、ある時間間隔で、第１のパルス状電子ビームと第２のパルス状電子ビームとを出射する電子ビーム源と、前記電子ビーム源から出射された前記第１のパルス状電子ビームに、第１の位置において、第１の角度で衝突するように、パルス状レーザビームを出射するレーザ光源と、第１のパルス状電子ビームに衝突したパルス状レーザビームが、前記第２のパルス状電子ビームに、第２の位置において、前記第１の角度とは異なる第２の角度で衝突するように、パルス状レーザビームの光路を制御する光路制御光学系と、前記第１及び第２のパルス状電子ビームの出射と、前記パルス状レーザビームの出射とが同期するように、前記電子ビーム源と前記レーザ光源とを同期制御する同期手段とを有し、前記光路制御光学系は、前記パルス状レーザビームが、前記第２のパルス状電子ビームに、衝突する角度を調整することができるＸ線発生装置が提供される。
【０００６】
電子ビーム源から、第１のパルス状電子ビームが出射される。電子ビーム源と同期したレーザ光源からは、第１のパルス状電子ビームに衝突するように、パルス状レーザビームが出射される。第１のパルス状電子ビームとパルス状レーザビームとが第１の角度で衝突する。衝突位置においてＸ線が発生する。
【０００７】
第１のパルス状電子ビームが出射された後、ある時間間隔をおいて、電子ビーム源からは、第２のパルス状電子ビームが出射される。第１のパルス状電子ビームと衝突したパルス状レーザビームは、光路制御光学系によって、第２のパルス状電子ビームと衝突するように光路を調整され、第２の角度で、第２のパルス状電子ビームと衝突する。衝突位置においてＸ線が発生する。
【０００８】
光路制御光学系によって、第１の角度と第２の角度とが異なる角度となるようにパルス状レーザビームの光路を調整することにより、それぞれの衝突で発生するＸ線の波長を変えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例によるＸ線発生装置の概略図である。同期装置１は、２８５６ＭＨｚのマイクロ波を出力するマイクロ波発生源２、及びマイクロ波発生源２の出力するマイクロ波に同期して、契機信号を発生する契機信号発生器３を含んで構成される。電子ビーム源４は、契機信号発生器３から与えられる契機信号に同期して、パルス状の電子ビームを出射する。
【００１０】
電子ビーム源４として、たとえばフォトカソード付き高周波光電子銃（ＲＦガン）を用いることができる。この場合、契機信号発生器３として、パルスレーザ発振器が用いられる。契機信号発生器３は、マイクロ波発生源２から出力される周波数２８５６ＭＨｚのマイクロ波に同期して、高周波光電子銃（ＲＦガン）のフォトカソードに短パルスレーザビームを入射させる。
【００１１】
フォトカソードに、ある時間間隔をおいて、２パルスの短パルスレーザビームが入射すると、電子ビーム源４の同一箇所から、ある時間間隔をおいて２パルスの電子ビームが、同一方向に出射される。電子ビーム源４から出射されるパルス状の電子ビームは、たとえば同一方向に進行する複数の電子が集群された電子群である。電子ビームは、直線加速器５に入射する。
【００１２】
直線加速器５には、マイクロ波発生源２から出力される周波数２８５６ＭＨｚのマイクロ波が、導波管を経由して導入されている。直線加速器５は、マイクロ波が発生する高周波電界により、入射した電子ビームをほぼ光速まで加速し、出射する。このとき電子ビームのエネルギは、たとえば約１４ＭｅＶである。出射された電子ビームは、収束用電磁石６によって収束される。収束位置をＫとする。
【００１３】
なお、直線加速器５から出射する電子ビームのパルス間隔は、直線加速器５に入力されるマイクロ波周期の整数倍に限られる。したがって、たとえば周波数２８５６ＭＨｚのマイクロ波発生源２を用いている本実施例によるＸ線発生装置の場合、約３５０ｐｓの整数倍のパルス間隔で、電子ビームを出射することができる。ここでは、３５０ｐｓのパルス間隔で、直線加速器５から２パルスの電子ビームを出射する。
【００１４】
レーザ光源７は、電子ビーム源４から出射され直線加速器５で加速された２パルスのパルス状電子ビームのうち、先に出射された電子ビームと衝突するように、パルスレーザビームを１ショット出射する。レーザ光源７は、たとえばＴｉ：サファイアレーザ発振器であり、パルスエネルギは、たとえば１００ｍＪである。
【００１５】
電子ビーム源４から出射するパルス状の電子ビーム、レーザ光源７から出射するパルスレーザビーム、直線加速器５に印加されるマイクロ波が、すべてマイクロ波発生源２から出力する周波数２８５６ＭＨｚのマイクロ波に同期しているため、高確率で電子ビームとパルスレーザビームとを衝突させることができる。
【００１６】
レーザ光源７から出射したパルスレーザビームは、集光レンズ８により集光される。集光位置は、電子ビームが収束用電磁石６によって収束される位置Ｋと同一の点である。パルス状の電子ビームとパルスレーザビームとは、互いにビーム径が最小となった位置Ｋで、衝突する。逆コンプトン散乱過程により、衝突位置ＫにおいてＸ線が発生する。発生したＸ線は、電子ビームの進行方向に伝搬する。ビーム径が最小となる位置Ｋにおいて衝突させるため、高強度のＸ線を発生させることができる。
【００１７】
レーザビームと衝突した電子ビームは、そのエネルギをわずかに低下させ、ほぼそのまま直進し、偏向用電磁石１３で進行方向を変えられて、ダンパ１４に入射し、エネルギを失う。
【００１８】
電子ビームと衝突したレーザビームは、そのエネルギをわずかに低下させ、ほぼそのまま直進し、光路制御光学系９に入射する。なお、パルスエネルギ１００ｍＪのパルスレーザビーム（１パルス）中には、約１０¹⁸個のフォトンが含まれている。このうち電子ビームと衝突してＸ線に変換されるフォトンは、約１０⁸個である。
【００１９】
光路制御光学系９は、位置Ｋでパルス状電子ビームと衝突した後のパルスレーザビームの光路を制御する。光路制御光学系９は、反射ミラー１０ａ、１０ｂ、集光レンズ１１及びコントローラ１２を含んで構成される。光路制御光学系９に入射したレーザビームは、反射ミラー１０ａ及び１０ｂで反射し、集光レンズ１１に入射する。集光レンズ１１は、レーザビームを、位置Ｋにおけるビーム径が最小となるように、集光する。コントローラ１２は、３５０ｐｓ後に、レーザビームが再び位置Ｋに入射するように、反射ミラー１０ａ、１０ｂ及び集光レンズ１１を制御する。また、レーザビームの位置Ｋへの入射角度を、調整することができる。
【００２０】
電子ビーム源４から出射し、直線加速器５で加速された２パルスのパルス状電子ビームのうち、後の電子ビームが、３５０ｐｓ後、位置Ｋに収束される。光路制御光学系９から出射したレーザビームは、位置Ｋにおいて、この電子ビームと衝突する。衝突位置Ｋで、Ｘ線が発生する。Ｘ線が伝搬する方向は、電子ビームの進行方向と同一である。衝突角度を先の電子ビームとの衝突角度と異ならせると、発生するＸ線の波長を異ならせることができる。
【００２１】
Ｘ線の発生間隔は、電子ビームの出射間隔を変え、それに応じて、光路制御光学系９により、１回目の衝突から２回目の衝突までのレーザビームの光路を調整することで、任意に（３５０ｐｓの整数倍という離散的な値の中で）変更することができる。
【００２２】
２パルス目の電子ビームも、レーザビームと衝突した後、偏向用電磁石１３によって進行方向を変えられ、ダンパ１４に入射してエネルギを失う。２パルス目の電子ビームと衝突したパルスレーザビームは、ダンパ１５に入射する。
【００２３】
実施例においては、電子ビームを２パルス出射し、その出射間隔を、Ｘ線のパルス間隔とした。３パルス以上の電子ビームを一定間隔で出射し、レーザビームと衝突させない電子ビームパルスをつくり、たとえば１つおきに、レーザビームと衝突させることによって、Ｘ線の発生間隔を調整してもよい。また、１つのパルスレーザビームが３つ以上のパルス状電子ビームと衝突するように、光路制御光学系９を設計することにより、１ショットのパルスレーザビームで３パルス以上のＸ線を発生させることができる。これらのＸ線の波長も、相互に異ならせることができる。
【００２４】
実施例によるＸ線発生装置は、電子ビーム源、レーザ光源ともに１台で構成することができる。このＸ線発生装置は、電子ビームとレーザビームとの衝突角度を変えることにより、発生するＸ線の波長を、電子ビームのエネルギとレーザビームのエネルギ（波長）で定まる範囲において、任意に変えることができる。したがって、異なる波長のＸ線（ポンプ）−Ｘ線（プローブ）光源によるポンプ−プローブ法にも適用することができる。
【００２５】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数のパルス状電子ビームに１つのパルスレーザビームを衝突させて、時間差をおいてＸ線を発生させることができる。また、発生するＸ線の波長を異ならせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるＸ線発生装置の概略図である。
【符号の説明】
１同期装置
２マイクロ波発生源
３契機信号発生器
４電子ビーム源
５直線加速器
６収束用電磁石
７レーザ光源
８集光レンズ
９光路制御光学系
１０ａ、ｂ反射ミラー
１１集光レンズ
１２コントローラ
１３偏向用電磁石
１４、１５ダンパ

Claims

ある時間間隔で、第１のパルス状電子ビームと第２のパルス状電子ビームとを出射する電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から出射された前記第１のパルス状電子ビームに、第１の位置において、第１の角度で衝突するように、パルス状レーザビームを出射するレーザ光源と、
第１のパルス状電子ビームに衝突したパルス状レーザビームが、前記第２のパルス状電子ビームに、第２の位置において、前記第１の角度とは異なる第２の角度で衝突するように、パルス状レーザビームの光路を制御する光路制御光学系と、
前記第１及び第２のパルス状電子ビームの出射と、前記パルス状レーザビームの出射とが同期するように、前記電子ビーム源と前記レーザ光源とを同期制御する同期手段と
を有し、
前記光路制御光学系は、前記パルス状レーザビームが、前記第２のパルス状電子ビームに、衝突する角度を調整することができるＸ線発生装置。
前記電子ビーム源が、前記第１のパルス状電子ビームと前記第２のパルス状電子ビームとを、同一箇所から同一方向に出射する請求項１に記載のＸ線発生装置。
前記第１の位置と前記第２の位置とを同じ位置とする請求項１または２に記載のＸ線発生装置。
更に、前記電子ビーム源から出射された前記第１及び第２のパルス状電子ビームを、それぞれ前記第１及び第２の位置に収束させる収束手段を有する請求項３に記載のＸ線発生装置。
第１のパルス状電子ビームを出射した後、ある時間間隔で、第２のパルス状電子ビームを出射する工程と、
前記第１のパルス状電子ビームに、第１の位置において第１の角度でパルス状レーザビームを衝突させ、第１のＸ線を発生させる工程と、
衝突した前記パルスレーザビームの光路を制御して、前記第２のパルス状電子ビームに、第２の位置において、前記第１の角度とは独立して異なる第２の角度で前記パルス状レーザビームを衝突させ、第２のＸ線を発生させる工程と、
を有するＸ線発生方法。
前記第１の位置と前記第２の位置とを同じ位置とする請求項５に記載のＸ線発生方法。
更に、前記出射する工程において、前記第１及び第２のパルス状電子ビームは、それぞれ、前記第１のＸ線を発生させる工程の前記第１の位置、及び前記第２のＸ線を発生させる工程の前記第２の位置で、ビーム径が最小になるように収束される請求項６に記載のＸ線発生方法。