JP5126806B2 - 高エネルギー粒子発生装置及び管状部材非破壊検査装置並びに高エネルギー粒子発生方法 - Google Patents
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Description
それぞれの導光管の端部を任意の平面内で折曲自在に連結すると共に、一方の導光管の端部から入射した前記パルス状のレーザー光線を他方の導光管の端部に反射する反射鏡を内蔵する接合管とを有する高エネルギー粒子発生装置を用いて前記レーザー光線発生部から任意の場所に前記高エネルギー粒子発生部を配置し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であって、さらに前記高エネルギー粒子発生部は、パルス状の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電極とを具備すると共に当該電極に電圧を印加することに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パルス状のレーザー光線を前記試料に反射して集光させる軸外し放物面鏡と、前記試料から高エネルギー電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を有し、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電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電極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。
前記レーザー光線発生部は、パルス状のレーザー光線と共にパルス状のレーザー光線の進行方向と平行に進行する補助レーザー光線を創出し、前記高エネルギー粒子発生部に接続される導光管から前記高エネルギー粒子発生部にかけた部位には、パルス状のレーザー光線及び補助レーザー光線を反射して前記高エネルギー粒子発生部に入射するパルス状のレーザー光線及び補助レーザー光線の入射角度を変化させるステアリングミラー及び前記高エネルギー粒子発生部に対する補助レーザー光線の入射角度を検出するレーザー光線検出手段が設けられ、さらに、前記レーザー光線検出手段により検出されたデータに基づいて前記ステアリングミラーの姿勢を制御して前記高エネルギー粒子発生部に入射するパルス状のレーザー光線及び補助レーザー光線の入射角度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。
図1は、本発明の実施形態1に係る高エネルギーX線発生装置を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態に係る高エネルギーX線発生装置1は、パルス状のレーザーを創出するレーザー光線発生部10と、入射したパルス状のレーザー光線から高エネルギーX線を発生させるX線発生部100と、レーザー光線発生部10とX線発生部100とを連結する導光管群50と、導光管群50を通過してX線発生部100に入射するパルス状のレーザー光線の入射位置の制御を行う制御部70とを具備している。なお、本実施形態では、X線発生部100が高エネルギー粒子発生部に該当する。
実施形態1では、上述したように可変形鏡130を用いてパルス状のレーザー光線を反射させて最終的に高エネルギーX線を発生させるようにしたが、X線発生部100に入射するパルス状のレーザー光線が高品質である場合には、可変形鏡130を用いずに高エネルギーX線発生装置を構成してもよい。具体的には、図17及び図18に示すような高エネルギーX線発生装置を構成してもよい。図17は本実施形態に係る高エネルギーX線発生装置を示す概略図であり、図18は本実施形態に係るX線発生部を示す概略図である。なお、パルス状のレーザー光線が高品質であるとは、パルス状のレーザー光線が試料150に入射した際に試料150を電離させることができる程度に充分に集光しており、かつパルス状のレーザー光線の波面の収差がZERNIKEの多項式において2次以上の項を無視できる状態になっているものをいう。
実施形態1では、レーザー光線発生部10から創出されたパルス状のレーザー光線をX線発生部100に入射させることによって、最終的に高エネルギーX線を発生させるようにしたが、パルス状のレーザー光線をX線発生部100に入射させる前にパルス状のプリレーザー光線を入射させてもよい。具体的には、図19に示すような高エネルギーX線発生装置を構成してもよい。図19は、本実施形態に係る高エネルギーX線発生装置を示す概略図である。
実施形態1〜3では、高エネルギー粒子発生装置の一例である高エネルギーX線発生装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。高エネルギー粒子発生装置として、例えば高エネルギー電子発生装置、高エネルギー陽子発生装置、高エネルギー陽イオン発生装置などが挙げられる。このような高エネルギー粒子発生装置は、例えば実施形態1に係るX線発生部100に代えて以下に示すような高エネルギー粒子発生部を設けることにより構成することができる。したがって、以下では、図示しない構成要素も含めて、実施形態1の構成要素と同じ構成要素については実施形態1と同様の符号を付して説明する。
実施形態1〜3の高エネルギーX線発生装置では、テープ状の試料が設けられたX線発生部を用いて高エネルギーX線を発生させていたが、X線発生部はこれに限定されない。例えば、以下に示すX線発生部を用いて高エネルギーX線発生装置を構成してもよい。
上述した高エネルギー粒子発生装置を用いた応用例としては、例えば図25に示すような管状部材の非破壊断面検査装置が挙げられる。図25は管状部材非破壊検査装置の概略上面図である。
10、10A レーザー光線発生部
20 ステアリングミラー
25 可動部
50 導光管群
51 導光管
52、130A 反射鏡
55 接合管
56 屈曲部
70 制御部
100、100A、100D〜100G X線発生部
100C 高エネルギー粒子発生部
101、101G 真空チャンバ
110 レーザー光線入射窓
120 レーザー光線スプリッター
121 レーザー光線検出手段
130 可変形鏡
131 鏡面
132 電極
133 スペーサ
134 電圧調節器
135 電源
136 基板
140 軸外し放物面鏡
150 試料
150D 気体試料
151 試料巻き取り手段
151D 気体試料噴射手段
160 X線検出手段
170 X線変換材
180 可変形鏡制御手段
190 X線出射窓
190C 出射窓
Claims (17)
- パルス状のレーザー光線を創出するレーザー光線発生部と、
前記レーザー光線発生部から創出されたパルス状のレーザー光線を試料に入射させ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部と、
前記レーザー光線発生部と前記高エネルギー粒子発生部とを連結して前記レーザー光線発生部から創出されたパルス状のレーザーを前記高エネルギー粒子発生部に導く導光管群とを具備し、
前記導光管群は、
前記パルス状のレーザー光線が内部を通過する複数の導光管と、
それぞれの導光管の端部を任意の平面内で折曲自在に連結すると共に、一方の導光管の端部から入射した前記パルス状のレーザー光線を他方の導光管の端部に反射する反射鏡を内蔵する接合管とを有するとともに、
前記高エネルギー粒子発生部は、
パルス状のレーザー光線を反射させる鏡面と、
当該鏡面に対向して設けられた複数の電極とを具備すると共に当該電極に電圧を印加することに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前記試料に反射して集光させる軸外し放物面鏡と、
前記試料から高エネルギー電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、
前記複数の電極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、
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、前記複数の電極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電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と
を有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1に記載の高エネルギー粒子発生装置において、
前記レーザー光線発生部は、パルス状のレーザー光線と共にパルス状のレーザー光線の進行方向と平行に進行する補助レーザー光線を創出し、
前記高エネルギー粒子発生部に接続される導光管から前記高エネルギー粒子発生部にかけた部位には、パルス状のレーザー光線及び補助レーザー光線を反射して前記高エネルギー粒子発生部に入射するパルス状のレーザー光線及び補助レーザー光線の入射角度を変化させるステアリングミラーと、前記高エネルギー粒子発生部に対する補助レーザー光線の入射角度を検出するレーザー光線検出手段とが設けられ、
さらに、前記レーザー光線検出手段により検出されたデータに基づいて前記ステアリングミラーの姿勢を制御して前記高エネルギー粒子発生部に入射するパルス状のレーザー光線及び補助レーザー光線の入射角度を制御する制御部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1又は請求項2に記載の高エネルギー粒子発生装置において、
前記遺伝的アルゴリズムは、
前記複数の電極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部を用いて高エネルギー電子を発生させた際に発生するX線を、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遺伝子操作を行い、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1〜3の何れかに記載の高エネルギー粒子発生装置において、
前記高エネルギー粒子発生部に設けられた試料は、パルス状のレーザー光線により電離可能な固体試料であり、
前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前にパルス状のプリレーザー光線を入射させて前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成すると共に前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。 - 請求項1〜3の何れかに記載の高エネルギー粒子発生装置において、
前記試料は気体状の試料であり、
前記高エネルギー粒子発生部は、前記気体状の試料を噴射する気体試料噴射手段を有し、
前記高エネルギー粒子発生部に入射するパルス状のレーザー光線とタイミングを合わせて前記気体状の試料を噴射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1〜3の何れかに記載の高エネルギー粒子発生装置において、
前記試料は気体状の試料であり、
前記高エネルギー粒子発生部は、所定の密度の前記気体状の試料が充填されていることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。 - 請求項1〜5の何れかに記載の高エネルギー粒子発生装置において、
前記試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記高エネルギー粒子発生部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1〜7の何れかに記載の高エネルギー粒子発生装置において、
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1〜8の何れかに記載の高エネルギー粒子発生装置において、
前記高エネルギー粒子発生部は、前記レーザー光線発生部から創出されたパルス状のレーザー光線を試料に入射させて発生させた高エネルギー電子を、さらにX線変換材に入射させて高エネルギーX線を発生させることを特徴とする高エネルギー粒子発生装置。 - 管状部材の周囲にレールを配設し、
前記レール上に請求項9に記載の高エネルギー粒子発生装置の高エネルギー粒子発生部を移動自在に配置すると共に、前記高エネルギー粒子発生部から出射される高エネルギー粒子を検出する高エネルギー粒子検出器を前記管状部材の軸に対して前記高エネルギー粒子発生部と軸対称となるように移動自在に配置したことを特徴とする管状部材非破壊検査装置。 - 前記レーザー光線発生部から創出されたパルス状のレーザー光線を試料に入射させ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部と、
前記レーザー光線発生部と前記高エネルギー粒子発生部とを連結して前記レーザー光線発生部から創出されたパルス状のレーザーを前記高エネルギー粒子発生部に導く導光管群とを具備し、
前記導光管群は、
前記パルス状のレーザー光線が内部を通過する複数の導光管と、
それぞれの導光管の端部を任意の平面内で折曲自在に連結すると共に、一方の導光管の端部から入射した前記パルス状のレーザー光線を他方の導光管の端部に反射する反射鏡を内蔵する接合管とを有する高エネルギー粒子発生装置を用いて前記レーザー光線発生部から任意の場所に前記高エネルギー粒子発生部を配置し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であって、
さらに前記高エネルギー粒子発生部は、
パルス状の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電極とを具備すると共に当該電極に電圧を印加することに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パルス状のレーザー光線を前記試料に反射して集光させる軸外し放物面鏡と、
前記試料から高エネルギー電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を有し、
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電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電極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11に記載の高エネルギー粒子発生方法において、
前記レーザー光線発生部は、パルス状のレーザー光線と共にパルス状のレーザー光線の進行方向と平行に進行する補助レーザー光線を創出し、
前記高エネルギー粒子発生部に接続される導光管から前記高エネルギー粒子発生部にかけた部位には、パルス状のレーザー光線及び補助レーザー光線を反射して前記高エネルギー粒子発生部に入射するパルス状のレーザー光線及び補助レーザー光線の入射角度を変化させるステアリングミラー及び前記高エネルギー粒子発生部に対する補助レーザー光線の入射角度を検出するレーザー光線検出手段が設けられ、
さらに、前記レーザー光線検出手段により検出されたデータに基づいて前記ステアリングミラーの姿勢を制御して前記高エネルギー粒子発生部に入射するパルス状のレーザー光線及び補助レーザー光線の入射角度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11又は請求項12に記載の高エネルギー粒子発生方法において、
前記遺伝的アルゴリズムは、前記複数の電極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部を用いて高エネルギー電子を発生させた際に発生するX線を、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遺伝子操作を行い、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。 - 請求項11〜13の何れかに記載の高エネルギー粒子発生方法において、
前記試料は、パルス状のレーザー光線により電離可能な固体試料であり、
前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前にパルス状のプリレーザー光線を入射させて前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成すると共に前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させることを特徴とする高エネルギー粒子発生方法。 - 請求項11〜13の何れかに記載の高エネルギー粒子発生方法において、
前記試料は気体状の試料であり、
前記高エネルギー粒子発生部は、前記気体状の試料を噴射する気体試料噴射手段を有し、
前記高エネルギー粒子発生部に入射するパルス状のレーザー光線とタイミングを合わせて前記気体状の試料を噴射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11〜13の何れかに記載の高エネルギー粒子発生方法において、
前記試料は気体状の試料であり、
前記高エネルギー粒子発生部は、所定の密度の前記気体状の試料が充填されていることを特徴とする高エネルギー粒子発生方法。 - 請求項11〜16の何れかに記載の高エネルギー粒子発生方法において、
前記高エネルギー粒子発生部は、前記レーザー光線発生部から創出されたパルス状のレーザー光線を試料に入射させて発生させた高エネルギー電子を、さらにX線変換材に入射させて高エネルギーX線を発生させることを特徴とする高エネルギー粒子発生方法。
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