JPS6136984A - 輻射線発生装置 - Google Patents

輻射線発生装置

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JPS6136984A
JPS6136984A JP15749084A JP15749084A JPS6136984A JP S6136984 A JPS6136984 A JP S6136984A JP 15749084 A JP15749084 A JP 15749084A JP 15749084 A JP15749084 A JP 15749084A JP S6136984 A JPS6136984 A JP S6136984A
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JP
Japan
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intercalant
fluorescent
intercalants
layer
photons
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Pending
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JP15749084A
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English (en)
Inventor
Kiichi Komatsubara
小松原 毅一
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S4/00Devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in wave ranges other than those covered by groups H01S1/00, H01S3/00 or H01S5/00, e.g. phonon masers, X-ray lasers or gamma-ray lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/0955Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using pumping by high energy particles
    • H01S3/0959Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using pumping by high energy particles by an electron beam

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明はコヒーレント(Coherent)な幅射光、
特にコヒーレントなX線の発生に有用な装置に関するも
のである。
〔発明の背景〕
波長の短かいコヒーレント光を作る可能性がこれまでに
も議論がなされ、たとえばX線レーザに関してもいくつ
かの提案がなされている。ガスを用いた例としては特公
昭55−42507号公報に開示された例があるが、ガ
スを用いた取扱いにめんどうな点がある上、いまだ実用
には至っていない。又、X線レーザに関する一般的な状
況については日本物理学会誌、第31巻、第8号(19
76) 、第640頁〜第641頁に報告されているが
、十分の成功をみるに至っていない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、新規な原理に基づくコヒーレント輻射
光の発生装置および方法を提供するものである。
〔発明の概要〕
本発明のコヒーレント幅射光発生方法は層間化合物(I
ntercalation Compound)を用い
たもので、基本構成は次の通りである。
第1図に例示する如く層状の母結晶1の層間にインター
カラントIntercalant) 2と呼ばれる異種
原子或いは分子が挿入された層間化合物層を準備する。
こうした層間化合物の典型的な例はグラファイト層間化
合物(Graphite Intercalation
Compound、略してGIC)である。第1図にG
ICを例にとった層間化合物の概念図である。
前記のインターカラントは外部からの励起ビームに対し
蛍光励起を示し、且層状母結晶はインターカラントから
放出される電磁波に対し透明なるように選択される。
この様な層間化合物の代表例は塩化化合物たとえばAf
lCQ、、又は5bCQs分子化合物をインターカラン
トとしたGICである。
準備された眉間化合物の層面に平行な方向より励起ビー
ムを照射することによりインターカラントの電子は励起
され、ちょうど層状母結晶に電子が蓄積され、次いで間
接遷移(indirOcttransjtion)の形
式で、再びインターカラントに遷移する。そしてたとえ
ばインターカラン1〜における蛍光X線の如き電磁波(
言葉を替えると蛍光フォトン−fluoresence
 phton−)が発生する・この場合、前記間接遷移
の緩和時間 (relaxationtjme)  τ1を前記蛍光
フォトンのインターカラント層間の伝達速度で、より長
くせしめることによって蛍光フォトンの定在波(sta
ndingwave)を生ぜしめ得る。第2図はコヒー
レント輻射光の放出状態を示した模式図である。
lは層状母結晶、2はインターカラント、3は外部から
の励起ビームを示しており、4の如く蛍光フォトンの定
在波を生ぜしめ、当該定在波を超放出(super r
adiation)させることによってコヒーレント輻
射光を得ることが出来る。
〔発明の説明〕
本発明は全く新規な発光原理に基づくので以下詳細に説
明する。
以下、層間化合物として、塩化分子層をインターカラン
トとするGICを例とする。
A Q CQ3 をインターカラント2とした場合、第
3図(a)に図示する如く、A Q CQ3 が2次元
層状分子結晶構造としてグラファイト層状母結晶1の概
ね2〜5層毎に挿入されている。一方、SbCQ、をイ
ンターカラント2とした場合、同図(b)に示す如く、
3方両錐分子結晶構造として挿入されている。グラファ
イト層状母結晶の一層毎にインターカラントを挿入した
のではインターカラントにいわゆる液相となっており、
他方6磨具−1―毎にするといわゆるガス状になってい
るため、本発明の目的に適さない。しかし、2〜5層毎
にインターカラントを挿入すると、そのインターカラン
トが塩化化合物、弗化化合物の例ではアクセプタ型人工
層状結晶として安定なGICとなる。
なお、どの様な状態でインターカラントが挿入されるか
は、グラファイト結晶を塩化物のガス雰囲気中で熱処理
することによりインターカラントを挿入する際の処理温
度で制御される。
この様なアクセプタ型GICの電子帯構造は第4図(a
)、(b)に示される。同図(a)はAQCQ3をイン
ターカラントとしたGIC1同図(b)は5bcu、を
インターカラントとした場合のものである。
AnCQ、−GICを例にとると照射ビーム(この例で
は、たとえばX線)の刺激によってCQ原子のり、M、
N準位の電子はグラファイト層のフェルミ準位近くの準
位に励起される。こうして刺激X線によってグラファイ
ト層のフェルミ準位近くの電子が増加し、次いで電子は
CQ原子のL準位に遷移する。この様に励起電子はいわ
ゆる間接遷移の形式を取る。このため励起電子が緩和(
relaxation )をする時定数は10−”se
e程度となる。
一方、AQCQ、のCQ原子のL’ −に遷移による蛍
光X線が隣接原子のに準位電子をL準位に励起するため
には、 のエネルギー伝達速度を要する。第5図はエネルギー伝
達速度の算定のために参酌するインターカラント中の原
子配置を示す図である。
このτ、(即ちC1□7□−CQL、遷移の時定数)は
前述の励起電子の緩和時間(rel、axation 
timO)に較べて早いものである。従って、前述した
通り照射ビームによるり、M、N準位の電子は、励起に
よりグラファイト層のフェルミ準位近くに存在すること
になる。
この電子の間接遷移によってCQのL準位に移る緩和時
間(τ、)は τlI>τt である。従って、層内のAQCo、3の原子は双極子間
の相互作用(dipole−clispole−int
sraction )によって、一種のプラズマ振動(
plasmaoscillation)をする原子集団
を作る。原子集団の慎 作る巨大双極子(ベクターは単癩原子の双極子相互作用
のごとく早くなく、励起電子の間接相互作用が加わるの
で、励起状態よりの緩和時間τン俣きくなり、インター
カラント層間(間隔L)を走る蛍光フォトンの伝達時間
(τL)より長くなる。
従って、層と層との間に2方向の層間共振器による定常
波(Ca11ity Standing Wave)を
生じる。第2図に示したようにインターカラント層間に
分子間に生じる相互作用(Macroscopjc−d
ipole−Microscopic−dipole 
1nteraction)により、1iL−に遷移によ
る4、28人の波長のX線の定在波が生じる。こうして
、GICは一種のキャビティ(Cavity)となり、
外部よりの照射ビームによって、CQL−に遷移の蛍光
xiの放出が増加すると共握定在波(cavity s
tandjngwave)のパワーは増加して、インタ
ーカラント層の見掛け−Lの誘電関数 E=ε。(1−E’ +i t’ ) は実部と虚部が等しくなる。
即ち、1−ε′=ε′である。
従って、p=Eo(1(1i)ε′)と考えられ、擬誘
電関数になる。
この場合、蛍光フォトンはインターカラント層に対して
擬似全反射を生じることになり、照射ビームの輝度が増
大すると定在波のパワーが増加してε′=0となり、当
該定在波は外部にパルス的に超放出する。外部の刺激(
pumping)のフォトン(0,8人〜3人)の輝度
がおおむね10”/cdになると超放出が生じる。
第6図はポンピングフォトンの数と励起フォトンの数の
関係を示したものである。ポンピングフォトンが2 X
 10’/aJのところでインターカラント群(jnt
arcalant moleculor group)
での双極子−双極子相互作用(dipole−dj p
ola−correlation)に基づき巨視的な双
極子の相互作用(Macroscopic dipol
e correlation)によって前述ので6が増
大し、CQの励起蛍光photonの数は外部刺激X線
の輝度に対して非線形的に増加している。第6図におけ
る層間共振と表示した領域でコヒーレントな輻射光が超
放出することとなる。
場合、弗素或いは酸素のに−LIIAによる輻射光が考
えられる。
いずれの場合も波長は5.56人及び12.84人の軟
X線領域のコヒーレント光なので空気中では減少するた
め真空中で操作する必要がある。
このようにアクセプタ型(acceptor−type
)のGICは真空紫外−軟X線−硬X線領域での輻射用
材料として極めて優れたものである。
第7図に本輻射光発生装置の実装説明図を示す。
5はこれまで説明してきた層間化合物結晶、6照射ビ一
ム発生用の板でたとえばCr或いはCuターゲットであ
る。7はこれらのホールダーで、冷却用船筒である。1
4は試料ホールダーである。
9はホールダーに設けられた輻射光の取出し窓でこれか
らX線がサンプルに放射される。8は冷却棒でCu或は
Pb等が用いられる。10は冷却用容器で中に液体窒素
が入れられる。
6のCr又はCuターゲットに高エネルギー電子線を投
射して特性X線を出す。高密度のフォトン出すために、
ターゲットをレンズ状にしてITMn角の1nterc
alant graphiteにフォトンを集光させる
。又、高濃度の特性X線によるフォトンを出すため、電
子の加速エネルギーを50KV〜200KVで行い、タ
ーゲット自体も冷却しである。
特性X線による励起フォトン数、107〜”/cxlの
量がllll112 のグラファイト面に照射されるよ
うに工夫する。
第8図のインターカラントをグラファイト中に挿入する
ための燻の略図である。21はガラス管で所用のグラフ
ァイト22、及びインターカラント材料23、を封入し
ている。24は全体の温度を適温に保つコントロールさ
れた燻である25のヒーターでグラファイトを必要温度
に保ち、26イ のヒーターでAンターカラントから必要分子を蒸気化さ
せる、27から蒸気をグラファイトで運ぶガスを送風す
る。28はガスの出口である。適当な温度時間条件の後
、バーナー29.30を用し)て、ガラス管を封止する
〔発明の実施例〕 先ず、5bC11SをインターカラントとしたGICの
例を示す。
4++n+角、厚さ2画のグラファイト板を準備し、こ
れに5bCQ5をインターカラントとして挿入する。こ
れは第8図に示したごとき装置で、大略は前頁に示した
。良質のインターカラント・グラファイトを作るために
は燻の構造、及び、温度コントロール条件、時間条件、
蒸気圧条件は特に精密に確立する必要がある。
温度コントロールによってインターカラントの状態を制
御出来るこはは先に述べたが、この場合350℃±10
℃の温度範囲で好都合に3〜5層のグラファイト層毎に
インターカラントが挿入される。たとえば5層毎の時、
インターカラント層の間の間隔は(3,35X 5人)
となる。グラファイト間隔は平均3.35人 と仮定、
する。インターカラントの間隔(L)は約16.75人
である。こうして準備したGIC結晶を金属製のホール
ダに装着する。GICの層の面をホールダの窓に向けて
設置することはいうまでもない。
第7図に示した装置にGICを装置し、GICは液体窒
素で冷却する。50KVより大きい電圧を加えて、Cr
或いはCu板6に高エネルギーの電子線ビーム]4を照
射し、CrK、(或いはCuK1特性X線を発生させる
。この特性X線を刺激X線として10″″″’/alの
数のフォトン発生させターゲットをレンズ状にして、1
0””0/aaのフォトンを1m角の5anpleに照
射して、蛍光X線をインターカラント層間に出させる。
第9図発光スペクトルの例を示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は眉間化合物のモデルを示す図、第2図は本発明
の輻射光発生装置の発光機構を説明する図、第3図は塩
化化合物をインターカラントとするGICのモデルを示
す図、第4図は塩化化合物をインターカラントとするG
ICの電子帯構造を示す図、第5図はインターカラント
の原子配置を示す図、第6図はポンピングフォトンの数
と励起フォトンの数の関係を示す図、第7図は本発明の
実装状態を示す図、第8図はGICの製造方法を説明す
る図、第9図は発光スペクトルの例を示す図である。 1・・層状母結晶、2・インターカラント、3・・励起
ビーム、4・・・蛍光フォトンの定在波、5・・・層間
化合物、6・・・照射ビーム発生用の板、7・ホール(
]3) 第  1  図 し         N N     \ 眞功←5ユへ繭と 手  続  補  正  書

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、励起ビームの照射によつて蛍光励起を示すインター
    カラントと、該蛍光に対し透明なる母結晶を有する層間
    化合物層と、前記層間化合物に対し励起ビームを照射す
    る手段とを少なくとも有することを特徴とする輻射線発
    生装置。 2、前記層間化合物が、グラフアイト層間化合物なるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の輻射線発生
    装置。 3、前記層間化合物がアクセプタ型なることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項又は第2項記載の輻射線発生装
    置。
JP15749084A 1984-07-30 1984-07-30 輻射線発生装置 Pending JPS6136984A (ja)

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EP19850903708 EP0191863A4 (en) 1984-07-30 1985-07-24 BEAM GENERATOR.
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DE3688755T2 (de) * 1985-03-27 1994-01-05 Hitachi Ltd Generator für kohärente Strahlung mit einer Intercalationsverbindung.

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2265196B1 (ja) * 1974-03-21 1978-09-15 Marie G R P
JPS58181000A (ja) * 1982-04-19 1983-10-22 株式会社日立製作所 同位相光超輻射発光装置

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WO1986001046A1 (fr) 1986-02-13
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EP0191863A4 (en) 1988-10-24

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