JP4873441B2

JP4873441B2 - 高エネルギー粒子発生方法及び高エネルギー粒子発生装置

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Publication number: JP4873441B2
Application number: JP2005056603A
Authority: JP
Inventors: 琢弥名雪; 隆藤井; 祐嗣大石; 暁方王; 孝七根本
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2025-03-01
Also published as: JP2006242647A

Description

本発明は、レーザー光線を利用した高エネルギー粒子の発生方法及び高エネルギー粒子発生装置に関する。

現在、超短パルス高強度レーザーのレーザー光線を金属箔やプラスチックフィルム等の試料の表面に瞬間的に集光することで高エネルギー粒子を容易に生成できることが知られており、それによって得られた高エネルギー粒子を利用した材料劣化診断、レーザー核融合、癌治療などへの応用が期待されている。しかし、これらへの応用を考慮すると、レーザー装置自体を小型化することができる低エネルギーレーザー光線などを用いて、効率よく高エネルギー粒子が得られるようにする必要がある。

低エネルギーレーザー光線から高エネルギー粒子を得るためには、レーザー光線の焦点距離の短い集光ミラーを用いて、できるだけレーザー光線を小さく絞り、そのエネルギー密度を高める技術が重要となる。そのような技術の一つとして、例えば、特許文献１に示される高エネルギー粒子発生装置が知られている。しかし、このような高エネルギー粒子発生装置は単にレーザー光線を集光させて高エネルギー粒子を発生させるものであり、どのように集光させたレーザー光線を用いれば効率よく最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させることができるかが不明であるという問題があった（特許文献１参照）。

特開２００４−１９１１２４号公報（図１）

本発明は、このような事情に鑑み、集光ミラーにレーザー光線を入射させる際に用いる可変形鏡の形状を最適化することによって、高エネルギー粒子を発生させるようにレーザー光線を集光させることができる高エネルギー粒子発生方法及び高エネルギー粒子発生装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明の第１の態様は、レーザー光線を反射させる鏡面と当該鏡面に接続される複数のアクチュエータとを具備すると共に当該アクチュエータに電圧を印加することより前記鏡面の形状が変形する可変形鏡と、前記レーザー光線を集光する集光手段により集光させられた前記レーザー光線により電離可能な試料と、前記レーザー光線により前記試料から発生した高エネルギー粒子を検出する固体飛跡検出手段とが真空容器内に設けられた高エネルギー粒子発生装置を用いて高エネルギー粒子を発生させる高エネルギー粒子発生方法において、前記固体飛跡検出手段がマイクロチャンネルプレートであり、当該固体飛跡検出手段により検出されたデータに基づいて最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させるように遺伝的アルゴリズムを用いて前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせを最適化することを特徴とする高エネルギー粒子発生方法にある。

かかる第１の態様では、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を生成するようなレーザー光線を反射させることができるように可変形鏡の鏡面の形状を最適化することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記遺伝的アルゴリズムは、前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせから前記鏡面の形状を特定する染色体を複数生成する第１の生成工程と、前記染色体に対応した前記高エネルギー粒子発生装置を用いて発生させた高エネルギー粒子を前記固体飛跡検出手段によって検出する検出工程と、
前記固体飛跡検出手段により検出された前記高エネルギー粒子のエネルギーに基づいて前記染色体を評価することにより、前記染色体に対しランクを付与する付与工程と、前記ランクが付与された染色体が収束条件を満たしているか否かを判定する判定工程と、前記ランクが付与された染色体に対し、前記付与されたランクに基づいて前記遺伝的アルゴリズムによる遺伝子操作を行ない、これにより新たな世代の染色体を生成する第２の生成工程とを具備し、まず前記第１の生成工程により生成される染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を順に実行し、前記判定工程により前記染色体が収束条件を満たさないと判定された場合に、以後収束条件を満たすと判定されるまで、前記第２の生成工程により生成される新たな世代の染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を繰り返し実行することを特徴とする高エネルギー粒子発生方法にある。

かかる第２の態様では、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を生成するようなレーザー光線を反射させることができるように可変形鏡の鏡面の形状をより容易に最適化することができる。

本発明の第３の態様は、レーザー光線を反射させる鏡面と当該鏡面に接続される複数のアクチュエータとを具備すると共に当該アクチュエータに電圧を印加することより前記鏡面の形状が変形する可変形鏡と、前記レーザー光線を集光する集光手段により集光させられた前記レーザー光線により電離可能な試料と、前記レーザー光線により前記試料から発生した高エネルギー粒子を検出するＣＲ３９と、前記高エネルギー粒子が発生した際に生ずるＸ線を測定するシンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードとが真空容器内に設けられた高エネルギー粒子発生装置を用いて高エネルギー粒子を発生させる高エネルギー粒子発生方法において、
前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードにより測定されたデータに基づいて最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させるように遺伝的アルゴリズムを用いて前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせを最適化することを特徴とする高エネルギー粒子発生方法にある。

かかる第３の態様では、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を生成するようなレーザー光線を反射させることができるように可変形鏡の鏡面の形状を最適化することができる。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記遺伝的アルゴリズムは、前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせから前記鏡面の形状を特定する染色体を複数生成する第１の生成工程と、前記染色体に対応した前記高エネルギー粒子発生装置を用いて発生させた高エネルギー粒子を前記固体飛跡検出手段によって検出する検出工程と、前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードにより測定される電圧のピークピーク値を評価することにより、前記染色体に対しランクを付与する付与工程と、前記ランクが付与された染色体が収束条件を満たしているか否かを判定する判定工程と、前記ランクが付与された染色体に対し、前記付与されたランクに基づいて前記遺伝的アルゴリズムによる遺伝子操作を行ない、これにより新たな世代の染色体を生成する第２の生成工程とを具備し、まず前記第１の生成工程により生成される染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を順に実行し、前記判定工程により前記染色体が収束条件を満たさないと判定された場合に、以後収束条件を満たすと判定されるまで、前記第２の生成工程により生成される新たな世代の染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を繰り返し実行することを特徴とする高エネルギー粒子発生方法にある。

かかる第４の態様では、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を生成するようなレーザー光線を反射させることができるように可変形鏡の鏡面の形状をより容易に最適化することができる。

本発明の第５の態様は、レーザー光線を反射させる鏡面と当該鏡面に接続される複数のアクチュエータとを具備すると共に当該アクチュエータに電圧を印加することより前記鏡面の形状が変形する可変形鏡と、当該可変形鏡によって反射された前記レーザー光線を反射することによって集光させる軸外し放物面鏡と、当該軸外し放物面鏡により集光させられた前記レーザー光線により電離可能な試料と、前記レーザー光線により前記試料から発生した高エネルギー粒子を検出する固体飛跡検出手段とが真空容器内に設けられた高エネルギー粒子発生装置であって、前記固体飛跡検出手段がマイクロチャンネルプレートであり、前記複数のアクチュエータと前記固体飛跡検出手段とに接続されると共に前記固体飛跡検出手段により検出されたデータに基づいて前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせを遺伝的アルゴリズムを用いて最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させるように最適化する遺伝的アルゴリズム最適化手段を具備することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。

かかる第５の態様では、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を生成するようなレーザー光線を反射させることができるように可変形鏡の鏡面の形状を最適化した高エネルギー粒子発生装置を提供することができる。

本発明の第６の態様は、レーザー光線を反射させる鏡面と当該鏡面に接続される複数のアクチュエータとを具備すると共に当該アクチュエータに電圧を印加することより前記鏡面の形状が変形する可変形鏡と、当該可変形鏡によって反射された前記レーザー光線を反射することによって集光させる軸外し放物面鏡と、当該軸外し放物面鏡により集光させられた前記レーザー光線により電離可能な試料と、前記レーザー光線により前記試料から発生した高エネルギー粒子を検出するＣＲ３９と、前記高エネルギー粒子が発生した際に生ずるＸ線を測定するシンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードとが真空容器内に設けられた高エネルギー粒子発生装置であって、前記複数のアクチュエータと前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードとに接続されると共に前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードに測定されたデータに基づいて前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせを遺伝的アルゴリズムに基づいて決定する遺伝的アルゴリズム最適化手段を具備することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。

かかる第６の態様では、リアルタイムで、シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードによって高エネルギー粒子を検出できると共に最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を生成するようなレーザー光線を反射させることができるように可変形鏡の鏡面の形状を最適化した高エネルギー粒子発生装置を提供することができ、さらにＣＲ３９により発生する高エネルギー粒子をより正確に検出することができる。

本発明の第７の態様は、第５の態様において、前記遺伝的アルゴリズム最適化手段が、
前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせから前記鏡面の形状を特定する染色体を複数生成する第１の生成工程と、前記染色体に対応した前記高エネルギー粒子発生装置を用いて発生させた高エネルギー粒子を前記固体飛跡検出手段によって検出する検出工程と、前記固体飛跡検出手段により検出された前記高エネルギー粒子のエネルギーに基づいて前記染色体を評価することにより、前記染色体に対しランクを付与する付与工程と、前記ランクが付与された染色体が収束条件を満たしているか否かを判定する判定工程と、前記ランクが付与された染色体に対し、前記付与されたランクに基づいて前記遺伝的アルゴリズムによる遺伝子操作を行ない、これにより新たな世代の染色体を生成する第２の生成工程とを具備し、まず前記第１の生成工程により生成される染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を順に実行し、前記判定工程により前記染色体が収束条件を満たさないと判定された場合に、以後収束条件を満たすと判定されるまで、前記第２の生成工程により生成される新たな世代の染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を繰り返し実行することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。

かかる第７の態様では、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を生成するようなレーザー光線を反射させることができるように可変形鏡の鏡面の形状をより容易に最適化できる高エネルギー粒子発生装置を提供することができる。

本発明の第８の態様は、第６の態様において、前記遺伝的アルゴリズム最適化手段が、前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせから前記鏡面の形状を特定する染色体を複数生成する第１の生成工程と、前記染色体に対応した前記高エネルギー粒子発生装置を用いて発生させた高エネルギー粒子を前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードによって検出する検出工程と、前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードにより測定される電圧のピークピーク値を評価することにより、前記染色体に対しランクを付与する付与工程と、前記ランクが付与された染色体が収束条件を満たしているか否かを判定する判定工程と、前記ランクが付与された染色体に対し、前記付与されたランクに基づいて前記遺伝的アルゴリズムによる遺伝子操作を行ない、これにより新たな世代の染色体を生成する第２の生成工程とを備え、まず前記第１の生成工程により生成される染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を順に実行し、前記判定工程により前記染色体が収束条件を満たさないと判定された場合に、以後収束条件を満たすと判定されるまで、前記第２の生成工程により生成される新たな世代の染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を繰り返し実行することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。

かかる第８の態様では、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を生成するようなレーザー光線を反射させることができるように可変形鏡の鏡面の形状をより容易に最適化できる高エネルギー粒子発生装置を提供することができる。

本発明の第９の態様は、第５〜８の何れかの態様において、前記試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記真空容器内に前記試料を巻き取る試料巻き取り手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。

かかる第９の態様では、レーザー光線を照射して高エネルギー粒子を発生させた後、試料を所定の距離だけ巻き取ることで試料の別の部分にレーザー光線を照射させることができるので、連続して高エネルギー粒子を発生させることができる。

本発明の第１０の態様は、第５〜９の何れかの態様において、前記各アクチュエータが複数の部材からなり、前記鏡面に接続された前記部材を着脱できることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。

かかる第１０の態様では、鏡面が損傷などした場合には、鏡面とその鏡面に接続された部材とを交換することにより、アクチュエータを交換することなく、鏡面を交換することができる。

本発明の第１１の態様は、第５〜１０の何れかの態様において、前記真空容器内に前記試料に付着した水分及び油分を除去する水分等除去手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。

かかる第１１の態様では、試料に水分や油分などが付着していると高エネルギープロトンが発生するので、プロトン以外の高エネルギー粒子を発生させたい場合には、水分等除去手段によってそれらを除去することにより高エネルギープロトンの発生を防止することができる。

本発明の第１２の態様は、第５〜１１の何れかの態様において、前記レーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。

かかる第１２の態様では、より低エネルギーのレーザー光線から高エネルギー粒子を発生させることができる。

本発明の第１３の態様は、第１２の態様において、前記超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線のパルスの形状及びエネルギーと、前記試料とに対して、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させるように前記超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線の集光径を最適化することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置にある。

かかる第１３の態様では、超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線のパルスの形状及びエネルギーと、前記試料とに対して、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させるようにパルスレーザー光線の集光径を最適化することができる。

本発明は、集光ミラーにレーザー光線を入射させる際に用いる可変形鏡の鏡面の形状を最適化することによって、高エネルギー粒子を発生させるようにレーザー光線を集光させることができる高エネルギー粒子発生方法及び高エネルギー粒子発生装置を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る高エネルギー粒子発生装置の概略図である。図１に示すように、本発明に係る高エネルギー粒子発生装置１は、パルス状のレーザー光線１１を発生させるレーザー光線発振手段１０と、レーザー光線１１を反射する鏡面２１の形状を鏡面２１に接続された複数のアクチュエータ２２に電圧を印加することによって変化させることができる可変形鏡（ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅｍｉｒｒｏｒ）２０と、レーザー光線１１を反射させることによって集光させる集光手段である軸外し放物面鏡（ｏｆｆ−ａｘｉｓｐａｒａｂｏｌｏｉｄ）３０と、レーザー光線１１の照射により電離すると共に高エネルギー粒子を発生させるテープ状の試料４０と、レーザー光線１１を照射するごとに試料４０を巻き取ってレーザー光線１１が当たる部分をずらすことができる試料巻き取り手段４１と、レーザー光線１１によって発生した高エネルギー粒子を検出する固体飛跡検出手段である固体飛跡検出器（ｐｌａｓｔｉｃｎｕｃｌｅａｒｔｒａｃｋｄｅｔｅｃｔｏｒ）５０と、発生した高エネルギー粒子が有するエネルギーを測定することができる薄膜５２と、複数のアクチュエータ２２に印加する電圧の組み合わせを遺伝的アルゴリズムに基づいて最適化する遺伝的アルゴリズム最適化手段７０とを具備し、レーザー光線発振手段１０及び遺伝的アルゴリズム最適化手段７０以外が真空容器である真空チャンバ６０の中に設けられたものである。そして、この高エネルギー粒子発生装置１は、固体飛跡検出器５０から得られたデータに基づいて、可変形鏡２０の鏡面２１が高エネルギー粒子を発生させる最適な鏡面２１を形成するように、遺伝的アルゴリズムを用いて各アクチュエータ２２に印加する電圧の組み合わせを最適化するものである。

可変形鏡２０は、レーザー光線１１を反射する鏡面２１を変形させることができるものであれば特に限定されない。例えば図２に示すように、レーザー光線を反射する鏡面２１と、鏡面２１に接続される複数のアクチュエータ２２とからなり、各アクチュエータ２２に印加する電圧を変化させることで各アクチュエータ２２を伸縮させ、鏡面２１の形状を変化させることができるものなどが挙げられる。この可変形鏡２０は、鏡面２１と９本のアクチュエータ２２とからなり、アクチュエータ２２にねじ止めされるロッド２３とそのロッド２３の一端に塗布されるエポキシド樹脂２４とを介して鏡面２１とアクチュエータ２２とが接続されている。このような構成とすることにより、鏡面２１が損傷などした場合には、アクチュエータ２２からロッド２３と共にそれに接続される鏡面２１を取り外した後、新たなロッド２３と共にそれに接続される新たな鏡面２１を取り付けることができるので、アクチュエータ２２を交換することなく鏡面２１を交換することができる。

図３は、図２の可変形鏡２０をＡ方向から見た際の概略図である。ここで、鏡面２１の各辺の両端、その中間点及び鏡面２１の中心にあり、番号（Ａ１〜Ａ９）が付されている点線の円は、鏡面２１と各アクチュエータ２２とが接続されている位置を示す。このように鏡面２１に接続される各アクチュエータ２２に印加される電圧を変化させることにより、各アクチュエータ２２が伸縮して可変形鏡２０の鏡面２１の形状を変化させることができる。アクチュエータ２２は、印加される電圧によって鏡面２１を変形させることができるものであれば限定されないが、例えばＰｂ−Ｍｇ−Ｎｂセラミック又は多結晶体で構成されているものなどが挙げられる。また、鏡面２１は、使用するレーザー光線１１を反射できるものであれば材質や形状は特に限定されないが、例えば金蒸着ミラー又は誘電体多層膜ミラーなどが挙げられる。

遺伝的アルゴリズム最適化手段７０は、固体飛跡検出器５０から得られたデータに基づいて、可変形鏡２０の鏡面２１が高エネルギー粒子を発生させる最適な鏡面２１を形成するように、遺伝的アルゴリズムを用いて各アクチュエータ２２に印加する電圧の組み合わせを最適化するように機能するものであれば特に限定されず、例えば一般的なパーソナルコンピュータなどであってもよい。なお、本実施形態では、遺伝的アルゴリズム最適化手段７０は真空チャンバ６０の外に設けられているが、真空チャンバ６０の中に設けられてもよい。

軸外し放物面鏡３０は、使用するレーザー光線１１を集光できるものであれば材質や形状などは特に限定されないが、例えば鏡面２１と同様に金蒸着ミラー又は誘電体多層膜ミラーなどが挙げられる。

試料４０としては、レーザー光線１１により目的とする高エネルギー粒子を生成させることができるものであれば材質は特に限定されず、金属やプラスチックなどであってもよい。試料４０にプラスチックを用いると、プラスチックを構成するＨ、Ｃ、Ｎ、Ｏなどの高エネルギー粒子を生成させることができ、試料４０にＣｕ金属膜を用いるとＣｕの高エネルギー粒子を生成することができる。また、試料４０の形状についてもレーザー光線１１により目的とする高エネルギー粒子を生成させることができるものであれば特に限定されないが、より高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を得ることができるように、より薄いテープ状の形状を有する方が好ましい。試料４０としては、具体的には、高エネルギープロトンを発生させるための厚さ７．５μｍのポリイミドテープや高エネルギーのＣｕを発生させるためのＣｕ金属膜などが挙げられる。ポリイミドテープのようなプラスチックからなる試料４０はそれ自体にプロトンを含んでいるので、高エネルギープロトンを発生させるのに好ましい。

試料巻き取り手段４１は、試料４０を破損させることなく巻き取ることができるものであれば特に限定されない。試料巻き取り手段４１を用いると、レーザー光線１１を照射して高エネルギー粒子を発生させた後、試料４０を所定の距離だけ巻き取ることにより試料４０の別の部分にレーザー光線１１を照射させることができるので、連続して高エネルギー粒子を発生させることができる。

固体飛跡検出器５０は、発生した高エネルギー粒子を検出できるものであれば特に限定されない。固体飛跡検出器５０としては、具体的には、例えば、マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）やＣＲ３９（長瀬ランダウア株式会社製）などが挙げられる。固体飛跡検出器５０としてＭＣＰを用いた場合には、リアルタイムに高エネルギー粒子を検出することができる。また、固体飛跡検出器５０としてＣＲ３９を用いた場合には、高エネルギー粒子をより正確に検出することができる。また、図４に示すように、例えば固体飛跡検出器５０であるＣＲ３９と、シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオード（ＸＰＤ）５１とを併用して高エネルギー粒子を検出してもよい。例えばＣＲ３９とＸＰＤ５１とを併用することにより、リアルタイムでＸＰＤ５１により高エネルギー粒子を検出できると共に最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を生成するようなレーザー光線を反射させることができるように可変形鏡の鏡面２１の形状を最適化することができ、さらにＣＲ３９により発生する高エネルギー粒子をより正確に検出することができる。

薄膜５２は、所定のエネルギー以上のエネルギーを有する粒子でないと通過することができないという機能を有するものであれば、その形状、大きさ及び材質は特に限定されない。このような薄膜５２を固体飛跡検出器５０と試料４０との間に設けることにより、所定のエネルギー以上のエネルギーを有する粒子のみを固体飛跡検出器５０で測定することができ、測定された粒子は所定のエネルギー以上のエネルギーを有することが分かる。具体的には、例えば固体飛跡検出器５０としてＣＲ３９を、薄膜５２として厚さが５〜１０μｍのＣｕフィルターを用いた場合には、ＣＲ３９により検出された粒子は０．８〜１．３ＭｅＶのエネルギーを有することになる。なお、発生した高エネルギー粒子が有するエネルギーは、高エネルギー粒子の衝突によってＣＲ３９に生じた孔を検査することにより求めてもよい。この場合には、薄膜５２であるＣｕフィルターを省略することができる。

真空チャンバ６０は、内部の気圧が低下しても破損や形状変化が起こらないものであれば特に限定されないが、内部を１０^−６Ｔｏｒｒ以下に減圧できるものが好ましい。

レーザー光線発振手段１０は、パルス状のレーザー光線、特に超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線を照射できるものであれば限定されないが、具体的には、例えばパルス幅８０ｆｓで３０ｍＪのエネルギーを有するレーザー光線を照射できるチタンサファイアレーザー装置などが挙げられる。

次に、図４に示す高エネルギー粒子発生装置１Ａにおいて、固体飛跡検出器５０から得られる高エネルギー粒子のデータに基づいて、遺伝的アルゴリズムを用いて可変形鏡２０の鏡面２１が高エネルギー粒子を発生させる最適な鏡面２１を形成するように各アクチュエータ２２に印加する電圧の組み合わせを最適化する方法について説明する。

本実施形態で用いる遺伝的アルゴリズムとは、生物が淘汰、染色体の交配あるいは突然変異を繰り返しながら環境適応性を上げ進化していることを数学的に模した最適化手法の一つである。

その概略は、数学的な最適化の対象とする系を決定する変数に初期値を設定しておき、最適化の目的とし、その変数から計算される評価関数を評価しつつ、変数を改善してゆくものである。遺伝的アルゴリズムでは、最適化の対象とする系を決定する変数を数列（数列を染色体、数列の一部を遺伝子という）に表し、これにより定まる系を１個体として複数の個体からなる個体群（世代）を発生させ、その数列から計算される評価関数より適応度を評価し、適応度の低い個体を減らし、その分、適応度の高い個体を増やし（淘汰）、続いて個体群より幾組かの２個体を確率的に選択し、２個体それぞれに対応した数列の一部同士を入れ替える操作（交配）を行い、あるいはその後、個体群よりいくつかの個体を確率的に選択し、その各個体に対応した数列の一部を他の数値に置き換える操作（突然変異）を行なう。

これらの操作を繰り返し続けて個体群を更新（世代の交代）してゆくと、個体群の中で適応度の高い個体の占める割合が次第に高くなってくる。そこで、適応度の高い個体の占める割合が、予め設定した限界割合を超えた場合や所定の世代数を経過した場合などを計算の終了判定条件とすることによって、最適解を得ることができる。

遺伝的アルゴリズムを用いて最適化する方法は、最適化する変数や評価関数を離散的に定義することができ、感度解析が不要であり、また局部的最適解の多い問題に対して大域的な最適解に到達する可能性を有するなど、最適化の信頼性が高いという性質を有する。

本実施形態では、各アクチュエータ２２に印加する電圧を１６段階に設定し、その電圧の番号を２進数で表現して遺伝子とし、その遺伝子をアクチュエータ２２の番号順に並べて染色体とする。具体的には、図５に示すように、一つの枠の中に記載されている「０」又は「１」を組み合わせた４つの数値で表現される数列からなる遺伝子を、アクチュエータ２２の番号順（Ａ１〜Ａ９）に９つ並べて一つの染色体とする。ここで、枠の上に記載されている「Ａ１」などはその遺伝子を有するアクチュエータ２２を示す。また、枠の中の数列は、本実施形態に係る各アクチュエータ２２に印加できる０から最大電圧の間を１６段階に設定すると共に印加する電圧が低い方から順に番号を付与し、各アクチュエータ２２に印加するその電圧の番号を２進数で表示したものである。例えば、Ａ１の「００１１」はＡ１のアクチュエータ２２に下から４番目の電圧を印加することを表している。したがって、図５に示される染色体によって、各アクチュエータ２２に印加する電圧の組み合わせを示すことができる。そして、このような染色体に対して遺伝子操作、すなわち交配、突然変異及び淘汰を行なうことになる。

次に、本実施形態に係る染色体の交配について説明する。本実施形態での交配とは、染色体の一部を交換することである。染色体を交配させるために、図６に示すように、２つの染色体Ｘ及びＹを選択し、それらをランダムに選んだ同じ場所ＤでＸ及びＹをＸ１、Ｘ２及びＹ１、Ｙ２に分割する。そして、Ｘ２とＹ２とを交換することによって、図７に示すような新たな染色体Ｘ’、Ｙ’を作成する。このようにして、染色体の交配を行うことができる。

さらに、本実施形態に係る染色体の突然変異について説明する。本実施形態での突然変異とは、染色体内のすべての数値に対して所定の確率で数値の変更を行なうことである。ここで、数値の変更とは、数値が「０」のときは「１」に、数値が「１」のときは「０」に変更することである。具体的には、図８に示すように、染色体Ｚ内の各数値について突然変異の有無を判断し、数値Ｗが突然変異を起こすと判断された場合には、図９に示すように、染色体Ｚの数値Ｗの「１」を「０」に変更した新たな染色体Ｚ’を作成する。このようにして、染色体の突然変異を行なうことができる。

次に、本実施形態に係る染色体の淘汰について説明する。本実施形態での淘汰とは、染色体が次の世代の染色体の親として選択されなくなることである。具体的には、まず、後述する評価関数を用いて複数の染色体についてランク付けを行い、そのランクに応じてランクが高い染色体は次の世代の親として選択される確率を高くし、ランクが低くなるにつれて選択される確率を低くする。そして、乱数を発生させ、その乱数に基づいて親となる染色体を選択する。すると、ランクが高い染色体が次の世代の染色体の親として選択されることが多くなり、ランクが低い染色体が次の世代の染色体の親として選択されることが少なくなるので、１つ又は複数の染色体が次の染色体の親として選択されなくなる。このようにして、染色体の淘汰を行うことができる。なお、本実施形態では、最もランクの低い染色体であっても選択される確率を０％としないので最もランクの低い染色体が淘汰されなくてもよく、また最もランクの高い染色体が次の世代の親として選択されなくてもよい。さらに、親として選択される染色体としては、同一のものが何度選択されてもよい。

次に、図４に示す本実施形態における高エネルギー粒子発生装置１Ａの評価関数を説明する。本実施態様では、レーザー光線１１を試料４０に照射すると、レーザー光線１１の電界等によって試料４０の一部が電離して、電子や正イオン（原子核）等の荷電粒子が加速されると共にＸ線が放射される。その際に発生したＸ線をＸＰＤ５１を用いて測定すると、図１０に示すような測定結果を得ることができる。本実施形態では、図１０に示すように、ＸＰＤ５１により測定された電圧のピークピーク値ｄ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｖａｌｌｅｙｖｏｌｔａｇｅ）を評価関数として用い、ｄを最大とするものを最適解とする。

次に、図１１を参照して、図４に示す高エネルギー粒子発生装置１Ａを用いた高エネルギー粒子発生方法の最適化手順を具体的に説明する。まず、１５個の染色体を作成する（Ｓ１）。ここで作成される染色体は、すべての遺伝子又はその一部が重複していても、染色体が「１」のみ、又は「０」のみで表現されていてもよい。何度も世代を重ねることによって、染色体が変化していくからである。

次に、各染色体に対して、その染色体の遺伝子に対応する電圧を各アクチュエータ２２に印加して可変形鏡２０の鏡面２１の形状を変形させ、そのときの高エネルギー粒子発生装置１にレーザー光線１１を入射させて、高エネルギー粒子を発生させる（Ｓ２）。そして、その際にＸＰＤ５１によって測定された電圧のピークピーク値ｄを算出する（Ｓ３）。すべての染色体に対してｄを算出すると、そのｄに基づいて、ｄの値が大きい順にランク付けを行なう（Ｓ４）。

次に、世代数が所定の世代数に達したか否かの判断を行なう（Ｓ５）。そして、所定の世代数、例えば世代数が１００に達した場合には、この最適化を終了することになるが、その世代数に達していない場合には、以下に示すように、ランク付けされた１５個の染色体の中で、最も大きなｄを示した染色体をエリート染色体として保存しつつ、その他の染色体について以下に示す遺伝子操作を行なう（Ｓ６）。

まず、染色体の淘汰を行なう。具体的には、１５個の染色体の中から次の世代の染色体の親となる染色体を１４個選択し、選択した順に１〜１４の番号を付与する。次に、その選択された染色体を順番に組み合わせて交配を行なう。具体的には、（１，２）、（３，４）、（５，６）、（７，８）、（９，１０）、（１１，１２）、（１３，１４）という組み合わせを作成し、その組み合わせの染色体同士を交配させて１４個の新たな世代の染色体を作成する。さらに、その新たに作成したすべての染色体に対して突然変異の操作を行なう。そして、このような遺伝子操作を行なった染色体と遺伝子操作を行なわなかったエリート染色体とを合せて、１５個の新たな世代の染色体とする。

これらの遺伝子操作を決められた世代数繰り返し、最も大きなｄを示す染色体を求めることによって、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させることができるような可変形鏡２０の各アクチュエータ２２に印加する電圧の組み合わせを求めることができる。ここで、その電圧の組み合わせを用いた高エネルギー粒子発生装置１によって発生した高エネルギー粒子が有するエネルギーについては、ＣＲ３９と試料４０との間に薄膜５２として前述したＣｕフィルター設けて高エネルギー粒子を発生させ、そのＣｕフィルターを解析することより求めることができる。

以上、説明したように、本発明によれば、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を生成するようなレーザー光線１１を反射させることができるように可変形鏡２０の鏡面２１の形状を最適化することができる。

（他の実施形態）
実施形態１の高エネルギー粒子発生装置１の真空チャンバ６０の内に、標的に付着した水分及び油分などを除去する水分等除去手段をさらに設けてもよい。水分等除去手段によって、標的に付着した水分及び油分などを除去することができるので、水分及び油分などの存在によって発生する高エネルギープロトンの発生を防止することができる。

以下では、軸外し放物面鏡３０とポリイミドフィルムとの間の焦点距離が５ｃｍとした場合の図４に示す高エネルギー粒子発生装置１Ａにおいて、レーザー光線発振手段１０としてパルス幅８０ｆｓで３０ｍＪのエネルギーを有するレーザー光線１１を照射できるチタンサファイアレーザー装置を、試料４０として厚さ７．５μｍのポリイミドフィルムを、固体飛跡検出器５０としてＣＲ３９を用いて高エネルギープロトンを発生させた。また、高エネルギー粒子発生装置１Ａにおいて発生する高エネルギー粒子が有するエネルギーについては、ポリイミドフィルムとＣＲ３９との間に薄膜５２として前述した５〜１０μｍのＣｕフィルターを設けることによって測定した。

なお、本実施例では、１世代の染色体数を１５個、計算を終了する染色体の世代数を１００とし、突然変異が発生する確率を３％とした。また、染色体の淘汰の際に用いられる各染色体が選択される確率Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐ１５）については、各染色体のピークピーク値ｄ（ｄ１、ｄ２、・・・ｄ１５）を各染色体のピークピーク値の合計Ｓ＝（ｄ１＋ｄ２＋・・・ｄ１５）で割ったもの、すなわち、Ｐ１＝ｄ１／Ｓ、Ｐ２＝ｄ２／Ｓ、・・・、Ｐ１５＝ｄ１５／Ｓとした。これらの値を用いて、前述した遺伝的アルゴリズムに従い最も高エネルギー粒子を発生させるような各アクチュエータ２２に印加する電圧の組み合わせを求めた。

図１２に、本実施例の高エネルギー粒子発生装置１Ａにおいて最も大きなｄを示した際の可変形鏡２０の各アクチュエータ２２に印加した電圧の組み合わせを示す。

レーザー光線１１の集光径を計測するためには、集光位置近傍ミリメートル付近に対物レンズを設置して、集光プロファイルの拡大イメージをＣＣＤカメラの撮像面に像転送する光学系が用いられる。エネルギー３０ｍＪ、パルス幅８０ｆｓのレーザー光線を２μｍまで集光すると、その超高強度レーザー電場によって対物レンズが破壊され、直接計測ができないので、まず本実施例の高エネルギー粒子発生装置１Ａにおいて、初期調整段階として対物レンズが破壊されない程度までエネルギーを小さくした（マイクロジュール以下）レーザー光線１１を入射させて集光径を測定し、集光径が理論回折限界である２μｍであることを確認した後、対物レンズを取り外し、次に集光位置に設置したポリイミドフィルムに対して、３０ｍＪのエネルギーを有するレーザー光線１１を入射させた。この場合に発生したプロトンの最大エネルギーは０．８ＭｅＶ以下であった。一方、最も大きなｄを示した可変形鏡２０の鏡面２１の形状を用いて３０ｍＪのエネルギーを有するレーザー光線１１をポリイミドフィルムに入射させた場合に発生したプロトンの最大エネルギーは１．１±０．３ＭｅＶであったが、集光位置に設置したポリイミドフィルムを取り外し、対物レンズを設置した後、再度レーザー光線１１のエネルギーを小さくした条件で集光径を測定したところ、３μｍであった。

本実施例の高エネルギー粒子発生装置１Ａにおいては、レーザー光線１１のエネルギーを大きく変化させるには、レーザー増幅器の利得を変化させる必要があるが、増幅器の熱レンズ効果は利得に応じて複雑に変化する可能性がある。従って、集光径を計測しているときのレーザービームの波面と高エネルギー粒子を発生させているときのレーザービームの波面は異なる可能性があり、本発明による調整方法が有効であることが認められる。

このことより、本実施例の高エネルギー粒子発生装置１Ａにおいて、対物レンズが破壊されない程度までエネルギーを小さくした（マイクロジュール以下）レーザー光線１１の集光径を理論回析限界である２μｍになるように最適化した可変形鏡２０の鏡面２１の形状を用いて、３０ｍＪのレーザー光線１１を入射させても、最も高エネルギーを有する高エネルギー粒子は発生しなかったが、本発明の高エネルギー粒子発生方法で最も大きなｄを示すように最適化した可変形鏡２０の鏡面２１の形状を用いると、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子が発生し、ＸＰＤ５１により測定されたｄを頼りに遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）を用いて最適解を探索する本発明の高エネルギー粒子発生方法が有効であることが分かった。

本発明の実施形態１に係る高エネルギー粒子発生装置の一例の概略図である。本発明の実施形態１に係る可変形鏡の概略図である。本発明の実施形態１に係る可変形鏡の鏡面の概略図である。本発明の実施形態１に係る高エネルギー粒子発生装置の一例の概略図である。本発明の実施形態１に係る染色体の概略図である。本発明の実施形態１に係る交配前の染色体の概略図である。本発明の実施形態１に係る交配後の染色体の概略図である。本発明の実施形態１に係る突然変異前の染色体の概略図である。本発明の実施形態１に係る突然変異後の染色体の概略図である。本発明の実施形態１に係るＸＰＤに測定された電圧と時間との関係を示すグラフである。本発明の実施形態１に係る高エネルギー粒子発生装置の一例を用いた高エネルギー粒子発生方法の最適化手順を示すフローチャートである。本発明の実施例１に係る最適化された各アクチュエータに印加する電圧の組み合わせを示すグラフである。

符号の説明

１、１Ａ高エネルギー粒子発生装置
１０レーザー光線発振手段
１１レーザー光線
２０可変形鏡
２１鏡面
２２アクチュエータ
２３ロッド
２４エポキシド樹脂
３０軸外し放物面鏡
４０試料
４１試料巻き取り手段
５０固体飛跡検出器
５１Ｘ線フォトダイオード（ＸＰＤ）
５２薄膜
６０真空チャンバ
７０遺伝的アルゴリズム最適化手段

Claims

レーザー光線を反射させる鏡面と当該鏡面に接続される複数のアクチュエータとを具備すると共に当該アクチュエータに電圧を印加することより前記鏡面の形状が変形する可変形鏡と、前記レーザー光線を集光する集光手段により集光させられた前記レーザー光線により電離可能な試料と、前記レーザー光線により前記試料から発生した高エネルギー粒子を検出する固体飛跡検出手段とが真空容器内に設けられた高エネルギー粒子発生装置を用いて高エネルギー粒子を発生させる高エネルギー粒子発生方法において、
前記固体飛跡検出手段がマイクロチャンネルプレートであり、当該固体飛跡検出手段により検出されたデータに基づいて最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させるように遺伝的アルゴリズムを用いて前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせを最適化することを特徴とする高エネルギー粒子発生方法。
請求項１において、前記遺伝的アルゴリズムは、
前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせから前記鏡面の形状を特定する染色体を複数生成する第１の生成工程と、
前記染色体に対応した前記高エネルギー粒子発生装置を用いて発生させた高エネルギー粒子を前記固体飛跡検出手段によって検出する検出工程と、
前記固体飛跡検出手段により検出された前記高エネルギー粒子のエネルギーに基づいて前記染色体を評価することにより、前記染色体に対しランクを付与する付与工程と、
前記ランクが付与された染色体が収束条件を満たしているか否かを判定する判定工程と、
前記ランクが付与された染色体に対し、前記付与されたランクに基づいて前記遺伝的アルゴリズムによる遺伝子操作を行ない、これにより新たな世代の染色体を生成する第２の生成工程とを具備し、
まず前記第１の生成工程により生成される染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を順に実行し、
前記判定工程により前記染色体が収束条件を満たさないと判定された場合に、以後収束条件を満たすと判定されるまで、前記第２の生成工程により生成される新たな世代の染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を繰り返し実行することを特徴とする高エネルギー粒子発生方法。
レーザー光線を反射させる鏡面と当該鏡面に接続される複数のアクチュエータとを具備すると共に当該アクチュエータに電圧を印加することより前記鏡面の形状が変形する可変形鏡と、前記レーザー光線を集光する集光手段により集光させられた前記レーザー光線により電離可能な試料と、前記レーザー光線により前記試料から発生した高エネルギー粒子を検出するＣＲ３９と、前記高エネルギー粒子が発生した際に生ずるＸ線を測定するシンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードとが真空容器内に設けられた高エネルギー粒子発生装置を用いて高エネルギー粒子を発生させる高エネルギー粒子発生方法において、
前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードにより測定されたデータに基づいて最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させるように遺伝的アルゴリズムを用いて前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせを最適化することを特徴とする高エネルギー粒子発生方法。
請求項３において、前記遺伝的アルゴリズムは、
前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせから前記鏡面の形状を特定する染色体を複数生成する第１の生成工程と、
前記染色体に対応した前記高エネルギー粒子発生装置を用いて発生させた高エネルギー粒子を前記固体飛跡検出手段によって検出する検出工程と、
前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードにより測定される電圧のピークピーク値を評価することにより、前記染色体に対しランクを付与する付与工程と、
前記ランクが付与された染色体が収束条件を満たしているか否かを判定する判定工程と、
前記ランクが付与された染色体に対し、前記付与されたランクに基づいて前記遺伝的アルゴリズムによる遺伝子操作を行ない、これにより新たな世代の染色体を生成する第２の生成工程とを具備し、
まず前記第１の生成工程により生成される染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を順に実行し、
前記判定工程により前記染色体が収束条件を満たさないと判定された場合に、以後収束条件を満たすと判定されるまで、前記第２の生成工程により生成される新たな世代の染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を繰り返し実行することを特徴とする高エネルギー粒子発生方法。
レーザー光線を反射させる鏡面と当該鏡面に接続される複数のアクチュエータとを具備すると共に当該アクチュエータに電圧を印加することより前記鏡面の形状が変形する可変形鏡と、当該可変形鏡によって反射された前記レーザー光線を反射することによって集光させる軸外し放物面鏡と、当該軸外し放物面鏡により集光させられた前記レーザー光線により電離可能な試料と、前記レーザー光線により前記試料から発生した高エネルギー粒子を検出する固体飛跡検出手段とが真空容器内に設けられた高エネルギー粒子発生装置であって、
前記固体飛跡検出手段がマイクロチャンネルプレートであり、前記複数のアクチュエータと前記固体飛跡検出手段とに接続されると共に前記固体飛跡検出手段により検出されたデータに基づいて前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせを遺伝的アルゴリズムを用いて最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させるように最適化する遺伝的アルゴリズム最適化手段を具備することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
レーザー光線を反射させる鏡面と当該鏡面に接続される複数のアクチュエータとを具備すると共に当該アクチュエータに電圧を印加することより前記鏡面の形状が変形する可変形鏡と、当該可変形鏡によって反射された前記レーザー光線を反射することによって集光させる軸外し放物面鏡と、当該軸外し放物面鏡により集光させられた前記レーザー光線により電離可能な試料と、前記レーザー光線により前記試料から発生した高エネルギー粒子を検出するＣＲ３９と、前記高エネルギー粒子が発生した際に生ずるＸ線を測定するシンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードとが真空容器内に設けられた高エネルギー粒子発生装置であって、
前記複数のアクチュエータと前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードとに接続されると共に前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードに測定されたデータに基づいて前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせを遺伝的アルゴリズムに基づいて決定する遺伝的アルゴリズム最適化手段を具備することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
請求項５において、前記遺伝的アルゴリズム最適化手段が、
前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせから前記鏡面の形状を特定する染色体を複数生成する第１の生成工程と、
前記染色体に対応した前記高エネルギー粒子発生装置を用いて発生させた高エネルギー粒子を前記固体飛跡検出手段によって検出する検出工程と、
前記固体飛跡検出手段により検出された前記高エネルギー粒子のエネルギーに基づいて前記染色体を評価することにより、前記染色体に対しランクを付与する付与工程と、
前記ランクが付与された染色体が収束条件を満たしているか否かを判定する判定工程と、
前記ランクが付与された染色体に対し、前記付与されたランクに基づいて前記遺伝的アルゴリズムによる遺伝子操作を行ない、これにより新たな世代の染色体を生成する第２の生成工程とを具備し、
まず前記第１の生成工程により生成される染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を順に実行し、
前記判定工程により前記染色体が収束条件を満たさないと判定された場合に、以後収束条件を満たすと判定されるまで、前記第２の生成工程により生成される新たな世代の染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を繰り返し実行することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
請求項６において、前記遺伝的アルゴリズム最適化手段が、
前記複数のアクチュエータに印加する電圧の組み合わせから前記鏡面の形状を特定する染色体を複数生成する第１の生成工程と、
前記染色体に対応した前記高エネルギー粒子発生装置を用いて発生させた高エネルギー粒子を前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードによって検出する検出工程と、
前記シンチレーション検出器又はＸ線フォトダイオードにより測定される電圧のピークピーク値を評価することにより、前記染色体に対しランクを付与する付与工程と、
前記ランクが付与された染色体が収束条件を満たしているか否かを判定する判定工程と、
前記ランクが付与された染色体に対し、前記付与されたランクに基づいて前記遺伝的アルゴリズムによる遺伝子操作を行ない、これにより新たな世代の染色体を生成する第２の生成工程とを備え、
まず前記第１の生成工程により生成される染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を順に実行し、
前記判定工程により前記染色体が収束条件を満たさないと判定された場合に、以後収束条件を満たすと判定されるまで、前記第２の生成工程により生成される新たな世代の染色体に対し、前記検出工程、前記付与工程及び前記判定工程を繰り返し実行することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
請求項５〜８の何れかにおいて、前記試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記真空容器内に前記試料を巻き取る試料巻き取り手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
請求項５〜９の何れかにおいて、前記各アクチュエータが複数の部材からなり、前記鏡面に接続された前記部材を着脱できることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
請求項５〜１０の何れかにおいて、前記真空容器内に前記試料に付着した水分及び油分を除去する水分等除去手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
請求項５〜１１の何れかにおいて、前記レーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。
請求項１２において、前記超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線のパルスの形状及びエネルギーと、前記試料とに対して、最も高いエネルギーを有する高エネルギー粒子を発生させるように前記超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線の集光径を最適化することを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。