JPH06508238A - 短波長の電磁放射線を発生する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 短波長の電磁放射線を発生する装置 本発明は、加速された電荷担体、特に電子又は陽電子と、結晶格子との間の相互 作用によって、特にＸ線及びガンマ線領域における短波長の電磁放射線を発生す る装置であって、高エネルギの電荷担体の束を発生する電荷担体源と、結晶構造 とを有し、該結晶構造は、電荷担体が所定の格子方向（格子面、格子軸）に対し 平行に前記結晶構造の結晶格子を通過する（「チャネリング現象」）ように、電 荷担体光線束の路に配置されてなる装置に関する。

結晶面又は結晶軸に対し十分に小さな角度で適当な単結晶に当たる高エネルギの 荷電粒子は、格子面又は格子軸に沿った当該の格子方向に沿って振動性をもって 移動（いわゆるチャネリング）し、前進方向に電磁放射線を放射する。該電磁放 射線のエネルギは、入射する電荷粒子の質量とエネルギが（電磁放射線のエネル ギに）対応する場合に、Ｘ線又はガンマ線領域にある（いわゆるチャネリング放 射線）。例えば、２０乃至１００　Ｍ　ｅ　Ｖのエネルギを有する電子は、シリ コン単結晶では、約２０乃至２００ｋｅＶのエネルギを有するＸ線を発生する。

チャネリング放射線を発生する通常の装置では、できるだけ小さな発散性の電荷 担体光が用いられ、該電荷担体光は選択された結晶面又は結晶格子に対し平行に 、平面単結晶に当たる（Ａｐｐｌ、Ｐｈ７ｓ、Ｌｅ目、５７（２７）、３１．　 Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　１９９０゜２９５６−２９５８）。

上記種類の公知の装置では、できるだけ平行性の電荷担体放射線が用いられ、電 磁放射線の平行性のよい束が生じる。

しかし、多くの用途には、短波長の電磁放射線の適正に収束性又は発散性の束が 必要となる。これによって問題が生じる。

何故ならば、短波長の電磁放射線には、収束する光学要素、例えばレンズが用い られないからである。

本発明の課題は、上記種類の装置を、特にＸ線及びガンマ線領域における短波長 の電磁放射線の、非平行性の、従って収束性又は発散性の束が発生させることが できるように改良することである。

上記課題は、加速された電荷担体、特に電子又は陽電子と、結晶格子との間の相 互作用によって、特にＸ線及びガンマ線領域における短波長の電磁放射線を発生 する装置であって、高エネルギの電荷担体の束を発生する電荷担体源と、結晶構 造とを有し、該結晶構造は、電荷担体が所定の格子方向（格子面、格子軸）に対 し平行に結晶構造の結晶格子を通過する（「チャネリング現象」）ように、電荷 担体光線束の路に配置されてなる装置において、電荷担体は、結晶構造における 、電荷担体光線束の軸を通るの少なくとも１つの面を、はぼ所定の点に収束する 方向をもって通過すること、及び結晶構造は、すべての電荷担体光路のためのチ ャネリング現象がほぼ満たされているように、所定の点を中心に湾曲を描いて配 置されていること、を特徴とする装置によって解決される。

本発明に基づく装置は、特にＸ線及びガンマ線領域にありかつ所定の収束性又は 発散性を有する短波長の電磁放射線の非平行性の束を形成することができる。何 故ならば、短波長の電磁放射線の収束性又は発散性は、結晶構造に当たる電荷担 体光線束が有しかつ粒子光学的な手段、特に電子レンズ等によって容易に影響を 受ける収束性又は発散性によって規定され、湾曲した単結晶構造も大きな困難な しに製造されるからである。本発明の改善によって、電磁放射線束の強度すなわ ち収束性又は発散性の変調が可能となる。

図４に示された配列によって、２つの面に湾曲している結晶構造、例えば、回転 対称に収束性又は発散性を有する電荷担体光線束と組み合わせて用いられる球面 体（Ｋｕｇｅｌｋａｌｏｔｌｅ）も比較的容易に実現される。

１つ又は複数の結晶又は結晶構造を振動性をもって湾曲することにより、あるい は図４に示した結晶構造の平面セグメントを振動性をもって回転することにより 、発生された短波長の放射線束の強度すなわち収束性／発散性が時間的及び／又 は空間的に変調され、場合によっては、外部の測定条件及び／又は電荷担体光線 束の収束性又は発散性の相応の変化と同期される。図４に略示されるように、加 速器５２０によって発生された平行電子ビーム束５１２は、電子光学円柱レンズ ５１３によって図平面で収束される。電子光学レンズは、給電装置５１５により モジュレータ５１７を介して電気が供給される電磁レンズである。モジュレータ ５１７は、電気の強さ、従って、電子ビーム５１２の収束角を制御することがで きる。

個々の結晶セグメント５１４ａ、５１４ｂ、、、、は、対応の調整装置５１９に 保持されているので、結晶構造５１４の湾曲半径を変えることができる。図４ａ に示すように、調整装置は各々調整カーブ５１９ａを有し、該調整カーブ５１９ ａに沿って当該の結晶セグメント５１４ｃが移動されて、回動される。

結晶の大きさ及び厚みが十分にわずかであれば、円筒状に湾曲した結晶の代わり に、球状に湾曲した結晶を用いることもできる。回転対称の、収束性又は発散性 の電荷担体光線束と組み合わせて、特別な結晶軸のためのチャネリング現象が回 転対称的に満たされる。当然ながら、同様のことが、２つの方向に湾曲された、 例えば楕円形の結晶にも全く一般的に当て嵌まる。

電荷担体光線束の収束角又は発散角は一般的に０．１ｍ　ｒ　ａ　ｄより大きく 、例えば０．３ｍｒａｄより大きい。単結晶物質としては、例えば珪素又はダイ ヤモンドが用いられる。電荷担体としては、一般的にＩ　Ｍ　ｅ　Ｖ以上、好ま しくは１０　Ｍ　ｅ　Ｖ以上のエネルギを有する電子が好ましい。適当な結晶方 向は、例えば、シリコンでは、［１１１］軸と、［１００］面、ダイヤモンドで は［１１０Ｆ軸である。結晶構造の厚みは約１μｍと１ｍｍの間にある。例は上 記材料及び数値に限定されるものではない。

１つ又は複数の結晶を例えば液体窒素によって冷却するのが好ましいことが証明 された。これによって、発生された電磁放射線の線高さくＬｉｎ１ｅｎｈｏｅｈ りが拡大され、その線幅が縮小される。このために、結晶構造は、図１に略示さ れるように、適当なりライオスタット２２４内に配置される。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳述する。

図１は短波長の電磁放射線の収束束を発生する本発明の装置の１実施例の水平断 面図、 図２は短波長の電磁放射線の収束束を発生する本発明の他の実施例の垂直断面図 、 図３は短波長の電磁放射線の発散束を発生する本発明の装置の１実施例の水平断 面図、 図４は短波長の電磁放射線の収束束を発生する本発明の他の実施例の水平断面図 、 図５はチャネリングによって短波長の電磁放射線を発生する公知の装置の略図で ある。

図５は通常の構造を有するチャネリング装置の平面図である。略示された電荷担 体源１０、例えば加速器によって発生された平行性のよい電荷担体光線束１２は 平面結晶１４に当たる。電荷担体、例えば電子は、所定の格子方向に沿って、す なわち所定の格子面又は格子軸に対し平行に結晶内を移動し、そこで、結晶格子 との相互作用によって、例えばマンガン線領域における短波長の電磁放射線のほ ぼ平行な束１６を発生する。平面状のチャネリングの場合、放射線はほぼ直線状 に偏光される。結晶１４を通過した電荷担体は、偏光磁石１８によって、ガンマ 線束１６の光路から偏光されて、次に図５に図示しないターゲットに当たる。こ の公知の装置の場合、電荷担体束１２及びガンマ線束１６は水平方向及び垂直方 向の面において、はぼ平行である。

本発明の、図１に示した実施例では、図示しない電荷担体源は、図下面において 収束性の、該図下面に対し垂直方向の面においてほぼ平行性の電荷担体束、特に 電子ビーム束２１２を供給する。電子ビーム源は例えば円柱電子レンズを有する ことがある。電子ビーム束２１２の路には、プレート状の単結晶２１４が配置さ れ、該単結晶２１４は図下面に対し垂直方向に延びる軸線を中心にして円筒状に 湾曲している（結晶の湾曲は図１並びに３及び４では明瞭にするため誇張して示 されている）。図下面では、結晶における電子ビーム路の方向が所定の点２２０ に収束し、結晶は、湾曲した結晶２１４におけるすべての電荷担体光路のための チャネリング現象がほぼ満たされているように、円筒状に湾曲している。

結晶から電子ビームの前進方向に放射されたＸ線又はガンマ線も、同様に、図下 面において及び該図下面に対し平行な面において収束するので、湾曲軸上に線状 焦点が生じる。円筒対称に収束する電子ビーム束は、結晶２１４を通過した後に 、偏光２１８によって偏光され、ターゲット２２２に当たる。

結晶２１４の湾曲軸線は図下面では点２２０を通る。

図１に対し垂直方向の断面で示され、図２に示された実施例では、電荷担体源に よって発生された電荷担体光線束３１２は、２つの互いに垂直方向の面（すなわ ち図下面、及び該図下面に対し垂直方向の面）で収束し、図下面に形成される軸 線３１９に対し円筒状に湾曲している結晶３１４と協働で点３２０に点焦点（Ｐ ｕｎｋｊｆｏＣｕｓ）を形成する。何故ならば、円筒状に湾曲された結晶の、軸 ３１９を通るすべての而（図下面を含む）において、チャネリング現象がほぼ満 たされているからである。通常この型の装置に具備されている偏光磁石及びター ゲットは、図２以下に図示されていない。

図３に基づ〈実施例では、図示されない電荷担体源は収束性の電荷担体光線束４ １２を供給する。これに応じて、結晶４１４は電荷担体源に向って円筒状に、又 は回転対称に凹面状に湾曲しているので、結晶方向（結晶面、結晶軸）に沿って チャネリングが生じ、該結晶方向はその時々に個々の電荷担体光路に対し平行に 延びている。結晶における電荷担体光線方向と、選択された結晶方向との収束点 ４２０は、図３では、結晶の、電荷担体源に向いた側にあり、図１及び図２と異 なり、結晶の、電荷担体源に離隔した側にはない。

図４に図示した実施例では、入射する電荷担体光線束５１２は、再度１つ又は２ つの面で又は回転対称的に収束する。結晶構造として、ここでは、対応して湾曲 した１個の単結晶が用いられるのでなく、湾曲したか、又は場合によっては平ら な多数の単結晶板又は単結晶セグメント５１４ａ。

５１４ｂ、　９．が用いられる。該単結晶セグメントは平面単結晶部により構成 されている。更に、当然ながら、大形の単結晶板よりも小形の結晶板が容易に湾 曲される。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、　５

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．加速された電荷担体、特に電子又は陽電子と、結晶格子との間の相互作用に よって、特にＸ線及びガンマ線領域における短波長の電磁放射線を発生する装置 であって、高エネルギの電荷担体の束（２１２，３１２，４１２，５１２）を発 生する電荷担体源と、結晶構造（２１４，３１４，４１４，５１４）とを有し、 該結晶構造は、電荷担体が所定の格子方向（格子面、格子軸）に対し平行に前記 結晶構造の結晶格子を通過する（「チャネリング現象」）ように、電荷担体光線 束の路に配置されてなる装置において、前記電荷担体は、前記結晶構造（２１４ ，３１４，４１４，５１４）における、前記電荷担体光線束（２１２，３１２， ４１２，５１２）の軸を通る少なくとも１つの面を、ほぼ所定の点（２２０，３ ２０，５２０）に収束する方向をもって通過すること、及び前記結晶構造は、す べての電荷担体光路のためのチャネリング現象がほぼ満たされているように、前 記所定の点を中心に湾曲を描いて配置されていること、を特徴とする装置。
2. ２．前記結晶構造（２１４，３１４，５１４）に当たる前記電荷担体光線束は収 束すること、及び前記所定の点（２２０，３２０，５２０）は、前記結晶構造の 、前記電荷担体源と離隔する側にあること、を特徴とする請求項１に記載の装置 。
3. ３．前記結晶構造（２１４，３１４，５１４）に当たる前記電荷担体光線束は２ つの互いに垂直な面に収束すること、を特徴とする請求項２に記載の装置。
4. ４．結晶構造（４１４）に当たる電荷担体光線束は発散すること、及び前記所定 の点（２２０，３２０，５２０）は、前記結晶構造の、前記電荷担体源に向いた 側にあること、を特徴とする請求項１に記載の装置。
5. ５．前記結晶構造は湾曲した単結晶により構成されること、を特徴とする請求項 １乃至４のいずれか１に記載の装置。
6. ６．前記単結晶は円筒状に湾曲していること、を特徴とする請求項５に記載の装 置。
7. ７．前記結晶構造は複数のセグメント（５１４ａ，５１４ｂ．．．）により構成 されること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の装置。
8. ８．前記セグメントは湾曲した単結晶小板により構成されること、を特徴とする 請求項７に記載の装置。
9. ９．前記セグメントは平面単結晶小板により構成されること、を特徴とする請求 項７に記載の装置。
10. １０．前記結晶構造の湾曲を変える装置を有すること、を特徴とする請求項１乃 至９のいずれか１に記載の装置。
11. １１．前記結晶構造のセグメントを回動する装置を有すること、を特徴とする請 求項７に記載の装置。
12. １２．前記電荷担体光線束の収束又は発散を変える装置を有すること、を特徴と する請求項１乃至１１のいずれか１に記載の装置。
13. １３．収束又は発散変更装置を湾曲変更装置又は回動装置と同期すること、を特 徴とする請求項１２に記載の装置。
14. １４．前記結晶構造を冷却する装置を有すること、を特徴とする請求項１に記載 の装置。