JP5625414B2

JP5625414B2 - X-ray generation method

Info

Publication number: JP5625414B2
Application number: JP2010062848A
Authority: JP
Inventors: 一桑原; 北川　米喜; 米喜北川; 芳孝森
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: JP2011198569A

Description

本発明はレーザ光を利用して電子を加速し、Ｘ線を発生するＸ線発生方法に関する。 The present invention relates to an X-ray generation method for generating X-rays by accelerating electrons using laser light.

近年、高出力のフェムト秒レーザの実現により、レーザ光を用いた電子加速の研究が進められている。これとは別に、レーザ逆コンプトンを利用する技術も研究されている（例えば、特許文献１参照）。逆コンプトン散乱とは、高エネルギーの電子に波長の短い光をあてると、電子のエネルギーが光に渡されて光の波長が短くなり、Ｘ線となって散乱される現象である。 In recent years, research on electron acceleration using laser light has been advanced by realizing a high-power femtosecond laser. Apart from this, a technique using laser inverse Compton has also been studied (see, for example, Patent Document 1). Inverse Compton scattering is a phenomenon in which when short-wavelength light is applied to high-energy electrons, the energy of the electrons is transferred to the light, the wavelength of the light is shortened, and X-rays are scattered.

これらの技術を合わせ、近年、フェムト秒レーザを利用して逆コンプトン散乱によりＸ線を発生させるＸ線発生装置も研究されている。このＸ線発生装置は、フェムト秒レーザが発光する電子加速用のレーザ光にガスターゲットを投射して発生するプラズマにより加速電子を生成し、電子ビームとなったこの加速電子に衝突用のレーザ光を衝突させて逆コンプトン散乱によるＸ線（逆コンプトン散乱Ｘ線）を発生させる。加速電子の生成にフェムト秒レーザを利用した場合、従来の電子加速器と比較して電子加速の機構を小型化することができるため、Ｘ線発生装置全体としても小型化することができる。 In recent years, an X-ray generation apparatus that generates X-rays by inverse Compton scattering using a femtosecond laser has been studied. This X-ray generator generates accelerated electrons by plasma generated by projecting a gas target onto laser light for electron acceleration emitted by a femtosecond laser, and laser light for collision with the accelerated electrons that have become electron beams. Are caused to collide with each other to generate X-rays by inverse Compton scattering (inverse Compton scattered X-rays). When a femtosecond laser is used for generation of accelerated electrons, the electron acceleration mechanism can be reduced in size as compared with a conventional electron accelerator, and thus the entire X-ray generator can be reduced in size.

このようなＸ線発生装置では、電子ビーム（加速電子）と衝突用のレーザ光の衝突点は、ガスターゲット内にあるのが一般的である。しかしながら、レーザ光のエネルギーがガスプラズマ化の際に消費され、また、生成されるプラズマにより衝突用のレーザ光の光吸収が促進されることで、衝突用のレーザ光のエネルギーが減衰し、逆コンプトン散乱Ｘ線の発生量が低下する問題があった。 In such an X-ray generator, a collision point between an electron beam (acceleration electrons) and a collision laser beam is generally in a gas target. However, the energy of the laser beam is consumed during the gas plasma conversion, and the absorption of the laser beam for collision is accelerated by the generated plasma, so that the energy of the laser beam for collision is attenuated and vice versa. There was a problem that the generation amount of Compton scattered X-rays was reduced.

特開２００１−３４５５０３号公報JP 2001-345503 A

上述したように、従来のＸ線発生装置では、フェムト秒レーザを利用して電子を加速した場合、衝突用のレーザ光の減衰により、Ｘ線の発生効率が低くなる問題があった。 As described above, the conventional X-ray generator has a problem that when electrons are accelerated using a femtosecond laser, the X-ray generation efficiency is lowered due to the attenuation of the laser beam for collision.

上記課題に鑑み、本発明は、電子ビームとレーザ光との衝突点をガスターゲットの位置関係に応じて最適に設定し、レーザ光の減衰を防止することで、Ｘ線の発生効率を向上することのできるＸ線発生方法を提供することを目的としている。 In view of the above problems, the present invention improves the X-ray generation efficiency by optimally setting the collision point between the electron beam and the laser beam according to the positional relationship of the gas target and preventing the attenuation of the laser beam. It aims at providing the X-ray generation method which can be used.

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、真空中においてレーザ光源から発光されたレーザ光を第１レーザ光と第２レーザ光に分光するステップと、第１レーザ光にガスターゲットを投射し、電子を加速させるプラズマを発生するステップと、第１レーザ光を利用して加速された電子ビームと第２レーザ光とを、投射されたガスターゲットによってガス密度が他の真空領域よりも高密度である高密度領域の境界面より外側に設定される所定の位置で衝突させてX線を発生させるステップとを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes a step of splitting laser light emitted from a laser light source in a vacuum into a first laser light and a second laser light, and a gas target for the first laser light. The step of generating plasma for accelerating electrons, the electron beam accelerated by using the first laser beam, and the second laser beam are made to have a gas density higher than that of other vacuum regions by the projected gas target. And a step of generating X-rays by colliding at a predetermined position set outside the boundary surface of the high-density region having a high density.

また、請求項２の発明は、前記所定の位置は、前記境界面と前記境界面から第２レーザ光の上流側５ｍｍの間に設定されることを特徴とする。 The invention of claim 2 is characterized in that the predetermined position is set between the boundary surface and 5 mm upstream of the second laser beam from the boundary surface .

本発明によれば、電子ビームとレーザ光との衝突点をガスターゲットの位置関係に応じて最適に設定し、レーザ光の減衰を防止することで、Ｘ線の発生効率を向上することができる。 According to the present invention, the X-ray generation efficiency can be improved by optimally setting the collision point between the electron beam and the laser beam according to the positional relationship of the gas target and preventing the attenuation of the laser beam. .

本発明の実施形態に係るＸ線発生方法を利用するＸ線発生装置の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the X-ray generator using the X-ray generation method which concerns on embodiment of this invention. 本発明のＸ線発生方法における電子とレーザ光の衝突の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the collision of the electron and laser beam in the X-ray generation method of this invention. 本発明のＸ線発生方法における電子とレーザ光の衝突の他の例を説明する図である。It is a figure explaining the other example of the collision of the electron and laser beam in the X-ray generation method of this invention. 本発明のＸ線発生の際のレーザ光の減衰を説明するグラフである。It is a graph explaining attenuation | damping of the laser beam in the case of the X-ray generation of this invention.

図面を参照して、本発明の実施形態に係るＸ線発生方法を利用してＸ線を発生するＸ線発生装置の一例について説明する。本発明に係るＸ線発生方法では、電子を加速させる電子加速用のレーザ光にガスターゲットを投射することで電子を加速して電子ビームを生成し、この電子ビームに衝突用のレーザ光を衝突させて逆コンプトン散乱によるＸ線（逆コンプトン散乱Ｘ線）を発生させる。 An example of an X-ray generator that generates X-rays using an X-ray generation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the X-ray generation method according to the present invention, an electron beam is generated by projecting a gas target onto a laser beam for accelerating electrons to generate an electron beam, and a collision laser beam collides with the electron beam. X-rays by inverse Compton scattering (inverse Compton scattered X-rays) are generated.

図１（ａ）に示すように、本発明にかかるＸ線発生方法を利用するＸ線発生装置１は、レーザ光２０を発生するレーザ光源１０と、真空である照射チャンバー（図示せず）内でレーザ光源１０から発生したレーザ光２０を電子の加速用レーザ光である第１レーザ光２１と電子ビーム（加速電子）に衝突させる衝突用レーザ光である第２レーザ光２２とに分光する分光手段であるビームスプリッタ１１と、ビームスプリッタ１１で分光された第２レーザ光２２の光路である第２光路Ｌ２に設置され、この第２光路Ｌ２の距離を調節する２枚のミラー１２ａ，１２ｂと、第１レーザ光２１を利用して発生した電子ビームと第２レーザ光２２とが衝突する位置を調節する集光手段１３と、２枚のミラー１２ａ，１２ｂや集光手段１３を制御する制御手段１５とを備えている。 As shown in FIG. 1A, an X-ray generator 1 using an X-ray generation method according to the present invention includes a laser light source 10 that generates a laser beam 20 and an irradiation chamber (not shown) that is a vacuum. Spectroscopy that splits the laser beam 20 generated from the laser light source 10 into a first laser beam 21 that is an electron acceleration laser beam and a second laser beam 22 that is a collision laser beam that collides with an electron beam (acceleration electrons). A beam splitter 11 as a means, and two mirrors 12a and 12b that are installed in a second optical path L2 that is an optical path of the second laser light 22 split by the beam splitter 11, and adjust the distance of the second optical path L2. The condensing means 13 for adjusting the position where the electron beam generated by using the first laser light 21 and the second laser light 22 collide, and the control for controlling the two mirrors 12a and 12b and the condensing means 13 And a stage 15.

また、Ｘ線発生装置１は、図１（ｂ）に示すように、第１レーザ光２１に投射してプラズマを生成して電子を加速させる媒体であるガスターゲット２４を発生するガスターゲット発生手段１６と、第１レーザ光２１、第１レーザ光２１を利用して発生した電子ビーム、第２レーザ光２２、電子ビームと第２レーザ光２２との衝突点２３及びガスターゲット２４を含む範囲に対して光を発光する発光手段１７ａと、発光手段１７ａからの光を受光して電子ビーム及び第２レーザ光２２の衝突点２３と、ガスターゲット２４との位置関係を画像として取得する受光手段１７ｂとを備えている。 In addition, as shown in FIG. 1B, the X-ray generator 1 is a gas target generator that generates a gas target 24 that is a medium for projecting onto the first laser beam 21 to generate plasma and accelerate electrons. 16, the first laser beam 21, the electron beam generated using the first laser beam 21, the second laser beam 22, the collision point 23 between the electron beam and the second laser beam 22, and the gas target 24. On the other hand, a light emitting unit 17a that emits light, and a light receiving unit 17b that receives light from the light emitting unit 17a and acquires the positional relationship between the electron beam and the collision point 23 of the second laser light 22 and the gas target 24 as an image. And.

なお、図１（ａ）は、Ｘ線発生装置１を第１レーザ光２１の光路である第１光路Ｌ１及び第２レーザ光２２の第２光路Ｌ２に垂直な方向から見た概略図であり、図１（ｂ）は、Ｘ線発生装置１を第１レーザ光２１を利用して発生した電子ビームと第２レーザ光２２の衝突点２３及びガスターゲット２４に垂直な方向から見た概略図である。 FIG. 1A is a schematic view of the X-ray generator 1 viewed from a direction perpendicular to the first optical path L1 that is the optical path of the first laser light 21 and the second optical path L2 of the second laser light 22. FIG. 1B is a schematic view of the X-ray generator 1 viewed from a direction perpendicular to the collision point 23 of the electron beam generated by using the first laser beam 21 and the second laser beam 22 and the gas target 24. It is.

このＸ線発生装置１では、第１レーザ光２１にガスターゲット２４が投射されるとプラズマが発生し、電子が加速されて電子ビームとなる。この電子ビームが第２レーザ光２２と衝突すると、逆コンプトン散乱によって逆コンプトン散乱Ｘ線が発生する。図１では、図示を省略しているが、Ｘ線発生装置１では、ビームスプリッタ１１、ミラー１２ａ，１２ｂ、集光手段１３、反射ミラー１４及びガスターゲット発生手段１６は、照射チャンバー内に設置されている。また、照射チャンバーには、内部を所定の気圧に保つ排気ポンプ等の排気手段と、内部で発生した逆コンプトン散乱Ｘ線を放出するＸ線放出窓とが設けられている。 In the X-ray generator 1, when a gas target 24 is projected onto the first laser beam 21, plasma is generated and electrons are accelerated to become an electron beam. When this electron beam collides with the second laser beam 22, inverse Compton scattered X-rays are generated by inverse Compton scattering. Although not shown in FIG. 1, in the X-ray generator 1, the beam splitter 11, the mirrors 12a and 12b, the condensing means 13, the reflecting mirror 14, and the gas target generating means 16 are installed in an irradiation chamber. ing. Further, the irradiation chamber is provided with an exhaust means such as an exhaust pump that keeps the interior at a predetermined pressure, and an X-ray emission window that emits inverse Compton scattered X-rays generated inside.

Ｘ線発生装置１で用いるレーザ光源１０は、例えば、フェムト秒レーザ等の電子加速に利用することができる高出力のレーザ光を発光するレーザ装置である。また、ガスターゲット発生手段１６は、光に投射することでプラズマを発生して電子を加速するための媒体である水素、ヘリウム、窒素又はアルゴン等のガスをガスターゲット２４として発生する。上述したように、レーザ光源１０やガスターゲット発生手段１６が配置される照射チャンバーは真空であるため、このガスターゲット２４が投射された空間は、照射チャンバー内の他の空間（約１０^12〜13個／ｃｍ³）に比べて気体密度が高く（約１０^17〜19個／ｃｍ³）なる。 The laser light source 10 used in the X-ray generator 1 is a laser device that emits high-power laser light that can be used for electron acceleration, such as a femtosecond laser. Further, the gas target generating means 16 generates a gas such as hydrogen, helium, nitrogen or argon as a gas target 24 which is a medium for generating plasma and accelerating electrons by projecting onto light. As described above, since the irradiation chamber in which the laser light source 10 and the gas target generating means 16 are disposed is a vacuum, the space on which the gas target 24 is projected is another space (about 10 ^{12 to 13} in the irradiation chamber). gas density is high (about 10 ^{17 to 19} pieces / cm ³⁾ as compared to the number / cm ^3).

ここで、Ｘ線発生装置１では、制御手段１５によって第１ミラー１２ａ及び第２ミラー１２ｂの位置と第２レーザ光２２に対する角度とを制御することで、第２光路Ｌ２を設定する。第２光路Ｌ２の距離を設定することで、第２レーザ光２２が電子ビームに衝突するまでの時間も設定することができる。具体的には、第２レーザ光２２の第２光路Ｌ２の距離を、第１レーザ光２１の第１光路Ｌ１の距離及び第１レーザ光２１によって生成された電子ビームの軌道の距離に合わせて設定する。このとき、ミラー１２ａ，１２ｂが各光路Ｌ１，Ｌ２のレーザ光２１，２２と干渉しないようにする必要がある。 Here, in the X-ray generation device 1, the control unit 15 controls the positions of the first mirror 12 a and the second mirror 12 b and the angle with respect to the second laser light 22 to set the second optical path L <b> 2. By setting the distance of the second optical path L2, the time until the second laser light 22 collides with the electron beam can also be set. Specifically, the distance of the second optical path L2 of the second laser beam 22 is matched with the distance of the first optical path L1 of the first laser beam 21 and the distance of the trajectory of the electron beam generated by the first laser beam 21. Set. At this time, it is necessary to prevent the mirrors 12a and 12b from interfering with the laser beams 21 and 22 of the optical paths L1 and L2.

なお、第１光路Ｌ１は、ビームスプリッタ１１を始点とし、反射ミラー１４を通り、ガスターゲット２４内での電子ビームの発生地点を終点とする光路である。また、第２光路Ｌ２は、ビームスプリッタ１１を始点とし、第１ミラー１２ａ、第２ミラー１２ｂ、集光手段１３の順に衝突点２３を終点とする光路である。さらに、電子ビームは、ガスターゲット２４に第１レーザ光２１が照射されると発生するため、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、電子ビームの軌道Ｌ３は、第１光路Ｌ１の終点が始点であって、衝突点２３が終点である。 The first optical path L1 is an optical path starting from the beam splitter 11, passing through the reflection mirror 14, and ending at the electron beam generation point in the gas target 24. The second optical path L2 is an optical path starting from the beam splitter 11 and having the collision point 23 as an end point in the order of the first mirror 12a, the second mirror 12b, and the focusing means 13. Further, since the electron beam is generated when the gas target 24 is irradiated with the first laser light 21, as shown in FIGS. 2B and 3B, the trajectory L3 of the electron beam has the first optical path. The end point of L1 is the start point, and the collision point 23 is the end point.

第１ミラー１２ａと第２ミラー１２ｂとは前後左右方向（ＸＹ方向）に移動可能な一つのリニアガイド１２上に、それぞれの回転軸を基準として回転可能に設置されている。Ｘ線発生装置１では、このリニアガイド１２を前後左右方向に移動するとともに、リニアガイド１２上の各ミラー１２ａ，１２ｂを回転することにより、第２レーザ光２２に対する各ミラー１２ａ，１２ｂの角度を調節して第２光路Ｌ２を設定する。 The first mirror 12a and the second mirror 12b are installed on one linear guide 12 that can move in the front-rear and left-right directions (XY directions) so as to be rotatable with respect to the respective rotation axes. In the X-ray generator 1, the linear guide 12 is moved in the front-rear and left-right directions, and the angles of the mirrors 12 a and 12 b with respect to the second laser beam 22 are changed by rotating the mirrors 12 a and 12 b on the linear guide 12. Adjust to set the second optical path L2.

また、Ｘ線発生装置１では、制御手段１５の制御によって集光手段１３の位置を調節することで、第１レーザ光２１によって生成された電子ビームと第２レーザ光２２とが衝突する衝突点２３の位置を設定する。この集光手段１３も、前後左右方向（ＸＹ方向）に移動可能であるとともに回転軸を基準として回転可能に設置されており、第２ミラー１２ｂから入射する第２レーザ光２２に応じた前後左右方向の移動及び回転により、第１レーザ光２１によって生成された電子ビームと第２レーザ光２２とが衝突する衝突点２３の位置を設定することができる。なお、この集光手段１３は、例えば、集光レンズや集光ミラー等であって、第２レーザ光を集光する手段である。 In the X-ray generator 1, the collision point where the electron beam generated by the first laser beam 21 collides with the second laser beam 22 by adjusting the position of the condensing unit 13 under the control of the control unit 15. 23 position is set. The condensing means 13 is also movable in the front / rear / left / right direction (XY direction) and is rotatably installed with reference to the rotation axis, and the front / rear / right / left according to the second laser light 22 incident from the second mirror 12b. By the movement and rotation of the direction, the position of the collision point 23 where the electron beam generated by the first laser beam 21 and the second laser beam 22 collide can be set. The condensing means 13 is, for example, a condensing lens or a condensing mirror, and is a means for condensing the second laser light.

さらに、Ｘ線発生装置１では、制御手段１５の制御によってガスターゲット発生手段１６の位置を調節することも可能であり、第１レーザ光２１と第２レーザ光２２の位置を基準として設定した位置にガスターゲット２４を発生させることができる。 Further, in the X-ray generator 1, the position of the gas target generator 16 can be adjusted by the control of the controller 15, and the position set with reference to the positions of the first laser beam 21 and the second laser beam 22. The gas target 24 can be generated.

このように、制御手段１５は、受光手段１７ｂが取得した画像から第１レーザ光２１によって生成された電子ビーム及び第２レーザ光２２の衝突点２３と、ガスターゲット２４との位置関係に応じて、この位置関係がＸ線の発生に最適な所定の関係になるように第２光路Ｌ２と衝突点２３を設定して、リニアガイド１２の位置、ミラー１２ａ，１２ｂの回転状況、集光手段１３の位置及び回転状況を制御する。すなわち、制御手段１５は、ガスターゲット２４の投射で発生したプラズマによる第２レーザ光２２のエネルギーの減衰が最小かつ電子ビーム密度が高く維持されている位置関係になるように制御する。 As described above, the control unit 15 responds to the positional relationship between the gas target 24 and the collision point 23 of the electron beam generated by the first laser beam 21 and the second laser beam 22 from the image acquired by the light receiving unit 17b. The second optical path L2 and the collision point 23 are set so that this positional relationship is an optimal predetermined relationship for the generation of X-rays, the position of the linear guide 12, the rotation status of the mirrors 12a and 12b, and the light collecting means 13 To control the position and rotation state. That is, the control means 15 controls the positional relationship so that the energy attenuation of the second laser light 22 by the plasma generated by the projection of the gas target 24 is minimized and the electron beam density is maintained high.

ここで、第１レーザ光２１によって生成された電子ビーム及び第２レーザ光２２の衝突点２３の最適位置は、ガスターゲット２４の高密度領域を基準として定められる。ここで、ガスターゲット２４の高密度領域とは、ガスターゲット２４の投射によって気体密度（ガス密度）が照射チャンバー内の他の空間（約１０^12〜13個／ｃｍ³）と比べて高くなっている領域（約１０^17〜19個／ｃｍ³）のことである。 Here, the optimum position of the collision point 23 between the electron beam generated by the first laser beam 21 and the second laser beam 22 is determined based on the high-density region of the gas target 24. Here, the high density region of the gas target 24 means that the gas density (gas density) is higher than the other spaces (about 10 ^{12 to 13} pieces / cm ³ ) in the irradiation chamber by the projection of the gas target 24. Area (about 10 ^{17 to 19} pieces / cm ³ ).

第１レーザ光２１によって生成された電子ビームと第２レーザ光２２の衝突点２３がガスターゲット２４の高密度領域内に位置するとき、第２レーザ光２２の光エネルギーがガスターゲット２４内で発生するプラズマに吸収される。また、第１レーザ光２１によって生成された電子ビームは拡散する傾向にあり、電子が加速された直後の方が散乱が少ない。したがって、電子ビームと第２レーザ光２２の衝突点２３とガスターゲット２４の位置関係は、これらを考慮して第２レーザ光２２の光エネルギーの減衰が最小になるとともに、得られるＸ線量が最大になるように定める。 When the collision point 23 between the electron beam generated by the first laser beam 21 and the second laser beam 22 is located in the high density region of the gas target 24, the optical energy of the second laser beam 22 is generated in the gas target 24. Absorbed into the plasma. Further, the electron beam generated by the first laser beam 21 tends to diffuse, and there is less scattering immediately after the electrons are accelerated. Therefore, the positional relationship between the collision point 23 between the electron beam and the second laser beam 22 and the gas target 24 takes these into consideration, and the attenuation of the optical energy of the second laser beam 22 is minimized and the obtained X-ray dose is maximized. Determine to be.

図２に、第１レーザ光２１によって生成された電子ビーム２５と第２レーザ光２２の衝突点２３がガスターゲット２４の高密度領域の境界面に設定された場合の一例を示す。ここで、図２（ａ）は、ガスターゲット発生手段１６が第１レーザ光２１にガスターゲット２４を投射する図であり、図２（ｂ）は、ガスターゲット２４の投射により電子ビーム２５が発生し、その後に逆コンプトン散乱Ｘ線２６が発生する様子を拡大した図である。 FIG. 2 shows an example when the collision point 23 between the electron beam 25 generated by the first laser beam 21 and the second laser beam 22 is set at the boundary surface of the high-density region of the gas target 24. Here, FIG. 2A is a diagram in which the gas target generating unit 16 projects the gas target 24 onto the first laser light 21, and FIG. 2B is a diagram in which an electron beam 25 is generated by the projection of the gas target 24. FIG. 5 is an enlarged view of the state in which inverse Compton scattered X-rays 26 are generated thereafter.

図２に示すように、電子ビーム２５と第２レーザ光２２の衝突点２３がガスターゲット２４の高密度領域の境界面にある場合、第２レーザ光２２がガスターゲット２４内で発生するプラズマに吸収されることがないため、Ｘ線の発生量を低下させることはない。 As shown in FIG. 2, when the collision point 23 between the electron beam 25 and the second laser beam 22 is on the boundary surface of the high density region of the gas target 24, the second laser beam 22 is generated in the plasma generated in the gas target 24. Since it is not absorbed, the generation amount of X-rays is not reduced.

また、図３に、第１レーザ光２１によって生成された電子ビーム２５と第２レーザ光２２の衝突点２３がガスターゲット２４の高密度領域の境界面から第２レーザ光２２の上流側に５ｍｍの部分に設定された場合の一例を示す。ここで、図３（ａ）は、ガスターゲット発生手段１６が第１レーザ光２１にガスターゲット２４を投射する図であり、図３（ｂ）は、ガスターゲット２４の投射により電子ビーム２５が生成され、その後に逆コンプトン散乱Ｘ線２６が発生する様子を拡大した図である。 3, the collision point 23 between the electron beam 25 generated by the first laser beam 21 and the second laser beam 22 is 5 mm from the boundary surface of the high density region of the gas target 24 to the upstream side of the second laser beam 22. An example in the case of being set in the part is shown. Here, FIG. 3A is a diagram in which the gas target generating unit 16 projects the gas target 24 onto the first laser beam 21, and FIG. 3B is a diagram in which an electron beam 25 is generated by the projection of the gas target 24. FIG. 5 is an enlarged view of a state in which inverse Compton scattered X-rays 26 are generated thereafter.

図３に示すように、電子ビーム２５と第２レーザ光２２の衝突点２３がガスターゲット２４の高密度領域の境界面から第２レーザ光２２の上流側に５ｍｍの部分にある場合、この衝突点２３で発生する逆コンプトン散乱Ｘ線２６はガスターゲット２４内で発生するプラズマに吸収されることはない。また、５ｍｍの部分であれば、電子ビーム２５の拡散も少ないため、Ｘ線の発生量を低下させることはない。 As shown in FIG. 3, when the collision point 23 between the electron beam 25 and the second laser beam 22 is at a portion 5 mm upstream from the boundary surface of the high density region of the gas target 24, this collision is performed. The inverse Compton scattered X-ray 26 generated at the point 23 is not absorbed by the plasma generated in the gas target 24. Further, if the portion is 5 mm, the amount of X-rays generated is not reduced because the diffusion of the electron beam 25 is small.

具体的には、電子ビーム２５と第２レーザ光２２の衝突点２３が、高密度領域の境界面から境界面の上流側約５ｍｍの間にある場合、Ｘ線の発生量を低下させることのない最適な状態となる。 Specifically, when the collision point 23 between the electron beam 25 and the second laser beam 22 is between about 5 mm upstream from the boundary surface of the high-density region, the amount of X-ray generation can be reduced. There will be no optimal condition.

図４は、波長が８００ｎｍのレーザ光の場合の各電子密度の場合の光の吸収長及び減衰特性を示している。ガスターゲット２４が投射されてガス密度（プラズマの電子密度）が高くなると、レーザ光のエネルギーは電子に吸収される。すなわち、電子密度が高くなると、吸収長が短くなり、レーザ光がプラズマで阻害されてレーザ光を加速電子と衝突させにくくなる。図４によれば、電子密度が高い場合、吸収長が短くなり、透過率が低くなることが分かる。 FIG. 4 shows the absorption length and attenuation characteristics of light for each electron density in the case of laser light having a wavelength of 800 nm. When the gas target 24 is projected and the gas density (plasma electron density) increases, the energy of the laser beam is absorbed by the electrons. That is, when the electron density is increased, the absorption length is shortened, and the laser beam is inhibited by the plasma, so that it is difficult for the laser beam to collide with the accelerated electrons. As can be seen from FIG. 4, when the electron density is high, the absorption length is short and the transmittance is low.

なお、例えば、制御手段１５は、表示手段及び入力手段と接続されており、この表示手段に表示される画像に応じてオペレータが入力する操作信号に基づいてリニアガイド１２、ミラー１２ａ，１２ｂ及び集光手段１３を制御するようにしてもよい。 For example, the control unit 15 is connected to the display unit and the input unit, and the linear guide 12, the mirrors 12a and 12b, and the collection unit based on the operation signal input by the operator according to the image displayed on the display unit. The light means 13 may be controlled.

また、制御手段１５は、受光手段１７ｂが取得する画像の第１レーザ光２１によって生成された電子ビームと及び第２レーザ光２２の衝突点２３とガスターゲット２４との位置関係と、その位置関係の場合の制御方法のパターンを予め記憶していてもよい。制御方法のパターンとは、例えば、リニアガイド１２の位置、２枚のミラー１２ａ，１２ｂの回転状況、集光手段１３の位置及び回転状況をどのように制御するかのパターンである。この場合、制御手段１５は、予め記憶しているパターンから受光手段１７ｂが取得した画像に応じて各機構の制御方法を抽出し、リニアガイド１２、ミラー１２ａ，１２ｂ及び集光手段１３を制御することができる。 In addition, the control unit 15 includes the positional relationship between the electron beam generated by the first laser beam 21 of the image acquired by the light receiving unit 17b and the collision point 23 of the second laser beam 22 and the gas target 24, and the positional relationship. In this case, the pattern of the control method may be stored in advance. The pattern of the control method is, for example, a pattern of how to control the position of the linear guide 12, the rotation status of the two mirrors 12 a and 12 b, the position of the light collecting means 13, and the rotation status. In this case, the control means 15 extracts the control method of each mechanism from the pattern memorize | stored previously according to the image which the light-receiving means 17b acquired, and controls the linear guide 12, mirror 12a, 12b, and the condensing means 13. be able to.

上述したように、本発明の実施形態に係るＸ線発生方法では、ガスターゲット２４を基準として電子ビーム２５と衝突用レーザ光である第２レーザ光２２の位置を調整することにより、第２レーザ光２２の減衰を防止することができるため、Ｘ線の発生量の低下を防止することができる。 As described above, in the X-ray generation method according to the embodiment of the present invention, the second laser beam 22 is adjusted by adjusting the positions of the electron beam 25 and the second laser beam 22 that is the collision laser beam with reference to the gas target 24. Since the attenuation of the light 22 can be prevented, a decrease in the amount of X-ray generation can be prevented.

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using embodiment, this invention is not limited to embodiment described in this specification. The scope of the present invention is determined by the description of the claims and the scope equivalent to the description of the claims.

１…Ｘ線発生装置
１０…レーザ光源
１１…ビームスプリッタ
１２…リニアガイド
１２ａ…第１ミラー
１２ｂ…第２ミラー
１３…集光手段
１４…反射ミラー
１５…制御手段
１６…ガスターゲット発生手段
１７ａ…発光手段
１７ｂ…受光手段
２０…レーザ光
２１…第１レーザ光
２２…第２レーザ光
２３…衝突点
２４…ガスターゲット
２５…電子ビーム
２６…逆コンプトン散乱Ｘ線
Ｌ１…第１光路
Ｌ２…第２光路
Ｌ３…電子ビームの軌道 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... X-ray generator 10 ... Laser light source 11 ... Beam splitter 12 ... Linear guide 12a ... 1st mirror 12b ... 2nd mirror 13 ... Condensing means 14 ... Reflection mirror 15 ... Control means 16 ... Gas target generation means 17a ... Light emission Means 17b ... Light receiving means 20 ... Laser light 21 ... First laser light 22 ... Second laser light 23 ... Collision point 24 ... Gas target 25 ... Electron beam 26 ... Inverse Compton scattered X-ray L1 ... First optical path L2 ... Second optical path L3 ... Electron beam trajectory

Claims

Splitting laser light emitted from a laser light source in vacuum into a first laser light and a second laser light;
Projecting a gas target onto the first laser light to generate plasma for accelerating electrons ;
The electron beam accelerated by using the first laser beam and the second laser beam are set outside the boundary surface of the high density region where the gas density is higher than that of other vacuum regions by the projected gas target. Generating X-rays by colliding with a predetermined position,
An X-ray generation method comprising:

2. The X-ray generation method according to claim 1 , wherein the predetermined position is set between the boundary surface and 5 mm upstream of the second laser beam from the boundary surface.