JPS63500485A - Ｘ線レ−ザ− - 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】 Ｘ　ｖＡ　し　−　ザ　− レーザー作用の原理は充分に理解されている。Ｘ線レーザーを発生させる上での 主要な困難は、必要とされる極端なＨ＜ｉ出力レベルである。この闇値は周波数 の６乗に比例する。したがって０．１ナノメータのレーザーがオリジナルなルビ ーレーザーの条件の下で作動するなら約１０８１ワツトを必要とするだろう。こ の明細書は、効果的にまた比較的低いエネルギ入力でＸ線レーザーの条件を得る 装置について述べる。

所与のエネルギに対し、出力はデユーティ・サイクルを減らすことによって増加 する。闇値出力は空洞容積に比例し、空洞の有効光路長に逆比例するから、最小 の空洞断面と最大の光路長とが仕組まれなければならない。反転されたＸ線の状 態を生む唯一の実際的な方法は光イオン化であるから、離散Ｘ線の追出し源が用 意されなければならない。なおこれらの規準は、泡の強烈な崩壊を利用すること によって全て充足される。

本装置は本質的に強烈な崩壊を起す泡から成る。上記泡の周囲はほとんどの場合 液体であるが、コロイド、Ｑ、Ｓ　ｆｌｌ、スラリー、ゲル、流動化層、あるい は衝撃で流動するか又は流動化する固体その他の媒質であってよい。したがって 以下では、「流動媒質」と称してこれらを含める。

上記泡の形状は殆んどの場合に高い縦横比を持つ円筒、すなわちディスク形の円 筒に似るが、その他の形状の方が有利なこともある。

また上記崩壊は、外部から与えられる圧によって促進される。なおこの圧は、お そらく泡の上記周囲の圧であり得るだろう。

実施例では液体金属中の泡が使用される。これは池内の蒸気圧が非常に低くなり 得ること、蒸気に対する比熱の比が高くなり得ること、崩壊の繰返しが化学的な 分解を生むことなしに起り得ること、および慎重な合金化が使用可能なＸ線の遷 移の範囲を提供できることなどの理由からである。なお上記泡は、一定の方向へ の放出を強めるために可能な限り僅かな勾配を持つ本質的に円筒形の形状をして いる。またこの形状は、崩壊中における液体の流れのパターンを制御することに よって安定的に維持することができる。

上記制御は容器の内面の断面形状によって、あるいは回転流又は放射方向の流れ がない他の流れを誘発することによって、あるいは、電流又は磁場を誘導するこ とによって行なわれる。なお急激な崩壊は、非常に高い外部圧を通用することに よって誘発されるだろう。

また崩壊が速くなればなる程、熱は断熱的に変化する。

作用のモードは次の通りである。すなわち泡の崩壊はこの池内の残留蒸気の断熱 圧縮、あるいは崩壊時における対向する泡壁の衝突のいづれかによって非常に高 熱な中心部分を提供することができる。

また瞬時的に強烈な熱Ｘ線源を提供するために、上記中心部分が非常に小さい断 面を持ちまた充分に高熱となるようにすることは、泡の寸法、負荷される圧、泡 の蒸気圧および崩壊の幾何学の適当な選択によって可能となる。また放出される Ｘ線は上記高温の中心部分を囲繞する低温の泡壁に吸収されるだろう。熱線に結 び付けられる高エネルギ電子は非常にゆっくりと進みまた液体中の循環流によっ て妨害されるのに対して、放出される輻射は透明な中心部分に向って光速で伝播 するだろう。

したがって選択的な光イオン化が上記泡壁内で起り得る。そして反転されたＸ線 遷移を惹き起す。若し基底状態の平均寿命が励起状態の平均寿命よりも非常に小 であれば、上記反転は遷移にとって動的であるか本質的であることができる。ま た高密度の泡璧は、若し小さな有効空洞容積を用意するなら、入射Ｘ線の急速な 吸収を保証するだろう。計算はレーザーの条件が容易に得られることを示してい る。

超放射の放出は上記泡の壁内で起り得る。そしてその利得は、表面に平行で最大 となるであろう。しかしながらＸ線は物質内で１よりも小さい屈折率を有するか ら、上記中心部分の中心に向っての密度の減少が装置の軸に沿う超放射ビームの 自己集束を惹き起すだろう。また非弾性散乱は中心ビームに沿う電子密度を減損 するだろう。

さらにこれは自己集束を強め、超放射の放出のために比較的損失のない出口通路 を提供するであろう。

崩壊の瞬間における高圧は泡壁内の液体に本質的に圧縮を与え、これが有効吸収 係数を上昇するだろう。そして有効空洞断面は減少する。

上記Ｘ線の空洞は容積が動的に変化するであろう。熱線は拡がるから、反転の帯 域はＸ線の誘導放出の条件が最早維持できなくなるまで上記熱線と共に拡がるだ ろう。

上記システムの全エネルギの一部のみがＸ線として放出される間に残部は機械的 に有効に取戻されてその后のショットのために使用される。この方法では振動シ ステムが、超放射Ｘ線ビームへのエネルギの非常に有効な変換を用意するために 利用されてよい。

本発明はたとえば添附の図面を参照しながら、より詳細に記述されるであろう、 ここに： 第１図はこの発明の実施例であるＸ線レーザーの第２図における１−１線断面で ある。また 第２図は上記レーザーのシリンダ部分の平面図である。

第１図には線分Ａ、　−Ａについての軸対称が存在する。ピストン１は０リング を備えるシリンダ２に嵌合する。上記ピストン１内の入口４は、封止用ボール６ のための座５を形成するために端ぐりされる。締付けねじ７は、ボールの座に上 記ボールをしっかりと締付けるために使用される。また上記ねじの上には、井戸 状のくぽみ８が存在する。上記装置は予め調節された量の水銀９で充たされる。

これはピストン−シリンダ装置を圧縮させて空気を追い出し、次に膨張させ、く ぼみ８から水銀を引込むことによって行なう。上記パルプは全空気が追い出され たときにしっかりと閉塞することができる。

環状ばね１０はピストンをシリンダから引き出す方向に付勢する。

またこれによって１つの泡１１が均衡時に水銀中に生じることを保証する。また ピストンおよびシリンダの内断面は、均衡時に対称性のある水銀の環を木質的に 円筒状をした水銀蒸気の泡の囲りに、すなわちつぶれた円筒状のディスク状泡１ １の囲りに作ることを保証する。これは小さな隙間を持つ中心部分１４と、それ よりはるかに大きな隙間を持つ外周部分１５と、両者の間の遷移帯域１６とを用 意することによって得られる。表面張力と重力とは、一様な環を用意するために 利用される。

上記システムを励起するためにピストン−シリンダ装置の急速な圧縮が大きな負 荷で行なわれる。これはハンマによる１叩きか、あるいは爆発物の爆発によって 発生させることができる。またこの圧縮は、水銀蒸気である上記円筒状の泡に、 崩壊への次第に高まる急速性をもって収縮を惹き起させる。平行Ｘ線ビームはそ の時、既述のように軸に沿って生成される。このビームはシリンダ２の中央のＸ 線用透明窓を通過する。この窓内におけるエネルギの集中は、疑いもなく穴を作 るだろう、しかし装置内への空気の侵入や、装置か装置からの水銀の漏出は、短 期間の運転中に重大とはならないだろう。そして新しい窓が、各ショットのため に用意されてよい。

ピストンおよびシリンダの面の非対称な断面は、勾配を持つ円筒状の泡を作るこ とによって一定方向の放出を生むのに利用されてよい。なお上記勾配を持つ円筒 状の泡はピストンからＸ線用窓に向けて次第に崩壊するであろう。

圧縮のピーク後の戻りのエネルギはばね１０内の位置エネルギに変換される。こ れは次ぎ次ぎとその次の圧縮サイクルを生むだろう。

そし・てＸ線の放出が損失の主要な源であるように取決められるかも知れない間 に、最初の衝撃エネルギは１連の圧縮サイクル中でＸｖＡのエネルギに有効に変 換されるであろう。またこれらのサイクルは、共振周波数で上記システムを駆動 することによって、例示すれば電気的に駆動されるハンマを使用することによっ て維持されるであろう。

対称軸Ａ−Ａまわりの水銀の回転は、第２図に示すごとくピストン、シリンダ、 あるいは両者の表面に設けられた羽根、またはこの羽根に類似の装置によって発 生させられてよい。水銀に与えられる上記回転流は、崩壊中の泡の幾何学を安定 するのに利用されるであろう。

ピストンとシリンダ間の軸方向の磁場が用意されてよい。水銀の流速の放射方向 成分は、崩壊の幾何学を安定させる傾向もある循環誘導電流を生むであろうし、 また熱線内の高速電子の伝播を妨害するであろう。

国際調査報告 ｋ１１ｆｆｉ＃１１゜−Ｉ　ＡＩ６□’＋ｍ１１゜、、１．、　ＰＣＴ／Ｇ３８ ６１００４８０　−２−Ａｊ（）−’ＥＸ　Ｔｏ　Ｔ！：三　ＩＮＴＥ、’ＬＮ Ａ丁ＩＣＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ？ＣＲ丁　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１個の泡を含む流動媒質と、Ｘ線を誘導放出する高密度のエネルギを得るた めにこの泡の強烈な崩壊を惹き起させる手段とから成るＸ線レーザー。 ２．上記泡が本質的に円筒形であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の Ｘ線レーザー。 ３，上記泡が上記流動媒質の環にて囲われると共に、上記強烈な崩壊が上記環の 存在する対向壁間におけるこの環の圧縮によって得られることを特徴とする請求 の範囲第２項に記載のＸ線レーザー。 ４．上記環がシリンダおよびピストンにて作る剛な保持壁間に封入された液体の 環であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のＸ線レーザー。 ５．Ｘ線の放射は、（１）上記泡内のガス又は蒸気が本質的にＸ線の波長にて放 射するのに充分な温度および密度となるまで上記ガス又は蒸気を断熱圧縮すると いう機構および、（２）衝撃にて上記温度および密度が得られるような速度を持 った上記泡の内壁を提供するという機構の少なくとも１つによって得られること を特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいづれかに記載のＸ線レーザー。 ６．上記中央の崩壊は一定方向の放出を強めるために、放出損失を低減するため に、および上記ガスについての問題を改善するために上記環の軸に沿って整えら れることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のＸ線レーザー。 ７．高温泡の崩壊によって得られる強烈なＸ線放射源が上記高温泡を囲む比較的 低温の波動体が作る薄い円筒状鞘内のＸ線遷移の反転を励起することを特徴とす る請求の範囲第１項乃至第６項のいづれかに記載のＸ線レーザー。 ８．レーザー作用が上記泡の軸に平行な方向にこの泡を囲む上記鞘の中で起るこ とを特徴とする請求の範囲第７項に記載のＸ線レーザー。 ９．誘導放出されるＸ線ビームに低損失の出口通路を用意するために上記周囲の 鞘よりも低い上記泡内の電子密度がこの泡の軸に沿う比較的低損失のＸ線導波管 を用意することを特徴とする請求の範囲第８項に記載のＸ線レーザー。 １０．放射方向の電子密度勾配によって形成される上記Ｘ線導波管が上記導波管 の壁内の誘導放出のために単一モードの空洞として働くことを特徴とする請求の 範囲第９項に記載のＸ線レーザー。 １１．上記円筒状空洞が共振し、繰返し崩壊による１連のＸ線レーザーのパルス を発生することを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のＸ線レーザー。 １２．当初の空洞の寸法および仕上げの正確な制御、粘性力、空洞の内断面、放 射方向でない流れのパターン、誘導電流、印加される磁場、流動体内の固体又は 粘弾性成分の結合という要因の少なくとも１つによって上記崩壊の安定が保証さ れることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のＸ線レーザー。 １３．Ｘ線を誘導放出させるような激しさで流動媒質内の泡に崩壊を惹き起させ ることを特徴とするＸ線の発生方法。 １４．反転されたＸ線の遷移からＸ線レーザーを誘導放出するためにＸ線の放出 が上記泡の壁内に吸収されることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のＸ線 の発生方法。