(57)【要約】【課題】本発明は、連続的に光子ビームのエネルギーを変えることができる光子ビーム発生装置及び光子ビーム発生方法を提供する。【解決手段】本発明に係る光子ビーム発生装置１は、電子ビームｅにレーザ光Ｌを照射するためのレーザ光源１１と、電子ビームｅにレーザ光Ｌが照射されることによって生じた逆コンプトン散乱光子ビームγが入射され、この入射された逆コンプトン散乱光子ビームγを所定の照射範囲で放射するコリメータ１２と、コリメータ１２から放射された逆コンプトン散乱光子ビームγの進行経路上に配置され、照射範囲の一部を遮断するアブソーバ１３とを備える。【選択図】図１
2007248081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームにレーザ光を照射するためのレーザ光源と、
前記電子ビームに前記レーザ光が照射されることによって生じた逆コンプトン散乱光子ビームが入射され、該入射された逆コンプトン散乱光子ビームを所定の照射範囲で放射するコリメータと、
前記コリメータから放射された逆コンプトン散乱光子ビームの進行経路上に配置され、前記照射範囲の一部を遮断するアブソーバとを備えること
を特徴とする光子ビーム発生装置。
【請求項２】
前記コリメータは、長尺方向に水平に円筒形の貫通孔を有し、前記逆コンプトン散乱光子ビームを吸収する材料から成る柱状部材であり、
前記アブソーバは、前記貫通孔の直径よりも小さい直径の、前記逆コンプトン散乱光子ビームを吸収する材料から成る円柱状部材であること
を特徴とする請求項１に記載の光子ビーム発生装置。
【請求項３】
前記コリメータの貫通孔の直径、アブソーバの直径、前記電子ビームに前記レーザ光が照射される衝突点から前記コリメータまでの距離、及び、前記電子ビームに前記レーザ光が照射される衝突点から前記アブソーバまでの距離のうちの少なくとも１つを調整することによって出力の光子ビームにおけるエネルギー分布を制御すること
を特徴とする請求項２に記載の光子ビーム発生装置。
【請求項４】
前記電子ビームを生成する電子ビーム源をさらに備えること
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光子ビーム発生装置。
【請求項５】
電子ビームにレーザ光を照射する工程と、
前記電子ビームに前記レーザ光が照射されることによって生じた逆コンプトン散乱光子ビームを所定の照射範囲で放射する工程と、
前記照射範囲の一部を遮断する工程とを備えること
を特徴とする光子ビーム発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線又はγ線の放射線から成る光子ビームを発生する光子ビーム発生装置及び光子ビーム発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線又はγ線の波長領域における放射線（以下、本書では「光子ビーム」と呼称することとする。）は、高エネルギーであることから、光核反応等の核物理や放射線遮蔽等へ応用されており、そのエネルギーが連続的に変えられることが望まれる。
【０００３】
このような光子ビームは、逆コンプトン散乱現象を利用することによって発生可能であり、光子ビームを発生する光子ビーム発生装置が例えば特許文献１に光核反応断面積測定装置の一部として開示されている。この特許文献１に開示の光子ビーム発生装置は、所定レベルのエネルギーにまで加速した電子ビームを発生する電子加速器と、レーザ光を発生するレーザ発振器とを備え、電子ビームとレーザ光との衝突によって逆コンプトン散乱の原理によって電子ビームの入射（衝突）方向に沿って単色γ線を発生させる装置である。
【０００４】
図８は、逆コンプトン散乱による散乱光子発生の原理を説明するための図である。図８において、この逆コンプトン散乱（inverse Compton scattering）は、相対的に運動している電子ｅと光子Ｌが衝突した場合に、電子ｅが光子Ｌを跳ね返し、跳ね返った光子（逆コンプトン散乱光子、以下、「散乱光子」と略記する。）γに電子ｅがエネルギーを与える現象である。この散乱光子γのエネルギーＥγは、レーザ光（光子）ＬのエネルギーをεＬ、レーザ光Ｌの入射角をθＬ、電子ｅのエネルギーをＥｅ、そして、電子静止系における散乱光子γの散乱角をθとすると、式１によって表される。
【０００５】
【数１】
2007248081.tif 000003
【０００６】
なお、βは、電子ｅの速度をｖ、光速をｃとすると、β＝ｖ／ｃである。また、図８は、電子ｅがレーザ光Ｌと正面衝突する場合、即ちθＬ＝π（＝１８０度）の場合を示している。
【０００７】
この式１から分かるように、散乱光子γのエネルギーＥγは、電子ｅのエネルギーＥｅ、レーザ光Ｌの波長λ（＝ｈ／εＬ、ｈ：プランク定数）、入射角θＬ及び散乱角θに依存している。このため、散乱光子γのエネルギーＥγを連続的に変えるためには、（１）電子ｅのエネルギーＥｅを連続的に変える方法、（２）レーザ光Ｌの波長λを連続的に変える方法、（３）レーザ光Ｌの入射角θＬを連続的に変える方法、及び、（４）散乱光子γの取り出し方向を連続的に変える方法が考えられる。
【０００８】
特許文献２には、反応断面積測定装置の一部として上記（２）及び（４）の方法が開示されている。図９は、特許文献２に開示の反応断面積測定装置の構成を示す図である。図９において、この特許文献２に開示の反応断面積測定装置１０００は、電子ビーム１０１１を貯蔵する蓄積リング１００１と、レーザ光１０１２を発生するレーザ発振器１００２と、レーザ光１０１２を蓄積リング１００１に導いて逆コンプトン散乱の原理でγ線１０１３を発生させる光学系１００３と、γ線１０１３をエネルギー的に絞って測定試料１０２１に入射するコリメート部１００４と、光核反応により測定試料１０２１で生成された素粒子を検出する検出器１００５とを備えて構成されている。そして、この蓄積リング１００１、レーザ発振器１００２、光学系１００３及びコリメート部１００４が光子ビーム発生装置を構成しており、特許文献２の［０００６］段落には、レーザ発振器１００２に自由電子レーザを用いて自由電子レーザの発振波長、即ちレーザ光１０１２の波長を変えることによって、γ線のエネルギーを変化させること、及び、コリメータ部１００４を電子ビーム１０１１の入射方向に対して設置角度αを持たせて設置することによって、γ線のエネルギーを選定することが開示されている。
【特許文献１】特開平０９−０６１３８１号公報
【特許文献２】特開平１０−００２９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、電子ビームのエネルギーを変化させる方法では、電子ビームのエネルギーの変更によって例えば、ビームサイズ等の電子ビームの質も変化してしまう。このため、電子ビームとレーザ光との逆コンプトン散乱によって発生した散乱光子ビームの質、例えばその発生量や単色性等も異なる。この結果、この方法によりエネルギーを連続的に変化させた散乱光子ビームを用いると、測定データの質が均一にならず、測定データの信頼性が損なわれる。また、ＳＰｒｉｎｇ−８等の多数の利用者によって共同使用される電子蓄積リングでは、個々人の使用目的に応じて電子ビームのエネルギーを変更することは難しい。
【００１０】
レーザ光の波長を変化させる方法では、上記自由電子レーザが出力一定のままで広い波長範囲に亘って連続的に発振波長を変更し難く、レーザ出力の変化によって散乱光子の量も変化してしまい、均一にならない。
【００１１】
そして、レーザ光Ｌの入射角θＬを連続的に変化させる方法では、電子ビーム及びレーザ光のビーム径は、どちらも小さく、入射角θＬを連続的に変化させながらレーザ光を電子ビームに正確に衝突させることは、実用上非常な困難を伴う。
【００１２】
また、散乱光子γの取り出し方向を変化させる方法において、上記特許文献２に開示のコリメータ部１００４を電子ビーム１０１１の入射方向に対して設置角度αを持たせて設置する方法では、散乱光子の散乱角θ＝αにおけるエネルギーしか利用しておらず、散乱光子の量も変化してしまい、均一にならない。
【００１３】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、光子ビームのエネルギーを連続的に変えることができる光子ビーム発生装置及び光子ビーム発生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述したように、散乱光子γのエネルギーＥγは、散乱角θに依存している。そこで、コリメータによって最大散乱角を規定すると共にアブソーバによって最小散乱角を規定し、これらの幾何学的大きさ及び相対位置のうちの少なくとも１つを連続的に変えることにより、逆コンプトン散乱から得られる散乱光子ビームのエネルギーを連続的に変更することができることを見出した。このような原理に基づき、上記目的を達成するために、本発明者は、以下の本発明を為すに至った。
【００１５】
本発明の一態様に係る光子ビーム発生装置は、電子ビームにレーザ光を照射するためのレーザ光源と、前記電子ビームに前記レーザ光が照射されることによって生じた逆コンプトン散乱光子ビームが入射され、該入射された逆コンプトン散乱光子ビームを所定の照射範囲で放射するコリメータと、前記コリメータから放射された逆コンプトン散乱光子ビームの進行経路上に配置され、前記照射範囲の一部を遮断するアブソーバとを備えることを特徴とする。
【００１６】
そして、本発明の他の一態様に係る光子ビーム発生方法は、電子ビームにレーザ光を照射する工程と、前記電子ビームに前記レーザ光が照射されることによって生じた逆コンプトン散乱光子ビームを所定の照射範囲で放射する工程と、前記照射範囲の一部を遮断する工程とを備えることを特徴とする。
【００１７】
このような構成の光子ビーム発生装置及び光子ビーム発生方法では、レーザ光源から射出されたレーザ光が電子ビームに照射されると、相対的に運動する電子と光子とが衝突し、逆コンプトン散乱の原理に従って逆コンプトン散乱光子ビームが発生する。この逆コンプトン散乱光子ビームは、所定の立体角で放射され、コリメータに入射される。コリメータに入射されると、その最大散乱角が規定されて逆コンプトン散乱光子ビームにおける第１閾値以下のエネルギー成分がカットされ、コリメータから放射される。このコリメータから放射された逆コンプトン散乱光子ビームは、その進行経路上に配置されたアブソーバによって、最小散乱角が規定されてその逆コンプトン散乱光子ビームにおける第１閾値よりも大きい第２閾値以上のエネルギー成分がカットされ、単色性のある所定のエネルギー分布を持った光子ビームとなって出力として放射される。
【００１８】
このため、コリメータが規定する最大散乱角とアブソーバが規定する最小散乱角とを調整することにより、単色性を維持しながら逆コンプトン散乱の光子ビームのエネルギーを連続的に変化させることができる。
【００１９】
そして、上述の光子ビーム発生装置において、前記コリメータは、長尺方向に水平に円筒形の貫通孔を有し、前記逆コンプトン散乱光子ビームを吸収する材料から成る柱状部材であり、前記アブソーバは、前記貫通孔の直径よりも小さい直径の、前記逆コンプトン散乱光子ビームを吸収する材料から成る円柱状部材であることを特徴とする。
【００２０】
また、上述の光子ビーム発生装置において、前記コリメータの貫通孔の直径、アブソーバの直径、前記電子ビームに前記レーザ光が照射される衝突点から前記コリメータまでの距離、及び、前記電子ビームに前記レーザ光が照射される衝突点から前記アブソーバまでの距離のうちの少なくとも１つを調整することによって出力の光子ビームにおけるエネルギー分布を制御することを特徴とする。
【００２１】
さらに、これら上述の光子ビーム発生装置において、前記電子ビームを生成する電子ビーム源をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
このような構成の光子ビーム発生装置及び光子ビーム発生方法では、光子ビームのエネルギーを連続的に変えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２４】
図１は、実施形態に係る光子ビーム発生装置の構成を示す図である。図２は、実施形態に係るコリメータ及びアブソーバの構成を示す図である。
【００２５】
図１において、光子ビーム発生装置１は、レーザ光源１１と、コリメータ１２と、アブソーバ１３と、電子蓄積リング２１とを備えて構成される。
【００２６】
レーザ光源１１は、所定の波長及びエネルギーのレーザ光Ｌを発生し、この発生したレーザ光Ｌを電子ビームｅに照射するためのする装置であり、例えば、ＹＡＧレーザ装置、ＹＬＦレーザ装置及びアルゴンレーザ装置等の比較的出力の大きなレーザ光を発生する装置である。
【００２７】
コリメータ１２は、電子ビームｅにレーザ光Ｌが照射されることによって生じた散乱光子ビームγが入射され、この入射された散乱光子ビームγを所定の照射範囲で放射する装置である。例えば、コリメータ１２は、図２に示すように、散乱光子ビームγを吸収することができる遮蔽材料で形成された所定の大きさの柱状部材１２１であり、図２に示すようにｘｙｚ直交座標系を設定すると、一方面から他方面まで長尺方向（長さ方向）ｙに沿って水平に開けられた散乱光子ビーム通過用の略円筒形状の貫通孔１２２を備えている。より具体的には、コリメータ１２は、例えば、より効率よく散乱光子ビームγを吸収することができるように、Ｘ線吸収の良好な材料、例えば原子番号８２で周期表第ＩＶＡ族に属する金属である鉛（Ｐｂ）や原子番号７４で周期表第ＶＩＡ族のクロム族に属する金属であるタングステン（Ｗ）等の原子番号の大きい金属（即ち、重い原子の材料）又はそれらを主成分とする合金から成る。コリメータ１２は、例えば、安定的に配置することができるように配置面が平面となる高さ（ｘ方向の長さ）１０ｃｍ、幅（ｚ方向の長さ）１０ｃｍ、長さ（ｙ方向の長さ）２０ｃｍの四角柱状部材１２１であり、その面の中心には直径（口径）が１０ｍｍの貫通孔１２２を備えている。
【００２８】
アブソーバ１３は、コリメータ１２から放射された散乱光子ビームγの進行経路上に配置され、コリメータ１２の照射範囲の一部を遮断する装置である。例えば、アブソーバ１３は、図２に示すように、散乱光子ビームγを吸収することができる遮蔽材料で形成された、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径よりも小さい直径で所定の長さの円柱状部材１３１である。そして、アブソーバ１３は、コリメータ１２の貫通孔１２２の中心軸Ｃ（ｙ方向に平行）とアブソーバ１３の中心軸Ｃとが一致するように、コリメータ１２から所定の距離を置いて配置される。より具体的には、アブソーバ１３は、例えば、直径９ｍｍで長さ（ｙ方向の長さ）１０ｃｍの円柱状部材１３１であり、コリメータ１２の貫通孔１２２の高さに合わせるために、板状の台１３２に垂直（−ｘ方向）に直立する複数のロッド１３３（図２に示す例では２本のロッド１３３−１、１３３−２）によって支えられている。
【００２９】
電子蓄積リング２１は、リング状に並べたリング磁石（例えば電磁石）（不図示）で電子ｅを円形軌道上に拘束及び収束し、円形軌道上を周回する間に失われるエネルギーを軌道の途中に置いた高周波空洞（不図示）で補うことによって、所定のエネルギーで電子ビームｅを蓄積する装置である。電子蓄積リング２１には、周回する電子ビームｅに接線方向でレーザ光Ｌを導くための光学窓２１１を備えている。
【００３０】
図３は、逆コンプトン散乱の原理に従って発生した散乱光子ビームから所定のエネルギー分布を持つ光子ビームを生成する過程を説明するための図である。図３の横軸は、光子のエネルギーを示し、縦軸は、光子数を示す。
【００３１】
このような上記構成の光子ビーム発生装置１において、レーザ光源１１から射出したレーザ光Ｌは、レーザ光Ｌを反射する反射鏡１４及びレーザ光Ｌを透過する光学窓２１１を介して、電子ビームｅの軌道の接線方向で電子蓄積リング２１内に導かれ、電子ビームｅに衝突する。これら反射鏡１４及び光学窓２１１は、レーザ光Ｌを電子蓄積リング２１に導いて逆コンプトン散乱の原理に従って散乱光子ビームγを発生させる光学系を構成しており、レーザ光Ｌを集光するレンズを反射鏡１４と光学窓２１１との間にさらに備えてもよい。
【００３２】
レーザ光Ｌと電子ビームｅとが衝突すると、逆コンプトン散乱の原理に従って所定の立体角で散乱光子ビームγが発生する。そして、本実施形態では、式１から分かるように、最も効果的に逆コンプトン散乱光子の光子ビームγを発生させ、最大の収量を得るために、レーザ光Ｌと電子ビームｅとは、正面衝突させている。ここで、レーザ光源１１の出力が高くなるに従って１パルス当たりの散乱光子ビームγの発生量が多くなる。また、レーザ光源１１の出力を一定にした場合、波長を長くすることによっても充分な発生量の散乱光子ビームγの発生量が得られる。
【００３３】
逆コンプトン散乱の原理に従って発生した散乱光子ビームγは、図３に特性曲線Ｘで示すように、下に凸の曲線形状のエネルギー分布を持つ。このようなエネルギー分布を持った光子ビームγは、光学窓２１１及び反射鏡１４を透過してコリメータ１２に入射される。
【００３４】
コリメータ１２は、レーザ光Ｌと電子ビームｅとが衝突する衝突点Ｐから所定の距離Ｄ１をおいて、かつ、貫通孔１２２の中心軸Ｃが散乱光子ビームγの中心軸と一致するように、即ち貫通孔１２２の中心軸Ｃが電子ビームｅに接線方向で導かれるレーザ光Ｌの光路と一致するように配置されている。コリメータ１２は、この入射された散乱光子ビームγのうち、貫通孔１２２を通過する散乱光子ビームγのみを放射し残余を吸収して散乱光子ビームγを所定の照射範囲で放射する。これによってコリメータ１２は、図３に示すように、散乱光子ビームγの低エネルギー側をカットし、低エネルギー側をカットした散乱光子ビームγを貫通孔１２２から放射する。このようにコリメータ１２は、低エネルギー側をカットする低エネルギーフィルタとして機能する。この低エネルギー側がカットされた散乱光子ビームγは、アブソーバ１３に入射される。
【００３５】
アブソーバ１３は、レーザ光Ｌと電子ビームｅとが衝突する衝突点Ｐから所定の距離Ｄ２をおいて、かつ、その中心軸Ｃが散乱光子ビームγの中心軸と一致するように配置されている。アブソーバ１３は、その直径がコリメータ１２の貫通孔１２２の直径よりも小さいので、コリメータ１２によって照射範囲が絞られた散乱光子ビームγのうちの一部を吸収して遮断し残余の散乱光子ビームγを光子ビーム発生装置１の出力として放射する。これによってアブソーバ１３は、図３に示すように、この低エネルギー側がカットされた散乱光子ビームγから高エネルギー側をカットして散乱光子ビームγを放射する。このようにアブソーバ１３は、高エネルギー側をカットする高エネルギーフィルタとして機能する。
【００３６】
このようにレーザ光Ｌと電子ビームｅの衝突により逆コンプトン散乱の原理に従って生じた散乱光子の光子ビームγは、コリメータ１２によってその低エネルギー側がカットされ、アブソーバ１３によってその高エネルギー側がカットされて、立体角が調整され、図３に特性曲線ａで示すように、所定のエネルギー値Ｅｐでピークを持ち所定の半値幅Ｅｈｗのエネルギー分布を持った単色性のある光子ビームγとなってアブソーバ１３から光子ビーム発生装置１の出力として放射される。
【００３７】
このコリメータ１２によってカットされるエネルギーの上限値Ｅｕｌは、貫通孔１２２の直径及び衝突点Ｐからの距離Ｄ１に依存する。貫通孔１２２の直径が一定の場合には、衝突点Ｐからの距離Ｄ１が短くなるほど、コリメータ１２によってカットされるエネルギーの上限値Ｅｕｌは、低エネルギー側にシフトし、逆に、衝突点Ｐからの距離Ｄ１が長くなるほど、コリメータ１２によってカットされるエネルギーの上限値Ｅｕｌは、高エネルギー側にシフトする。衝突点Ｐからの距離Ｄ１が一定に場合には、貫通孔１２２の直径が小さくなるほど、コリメータ１２によってカットされるエネルギーの上限値Ｅｕｌは、高エネルギー側にシフトし、逆に、貫通孔１２２の直径が大きくなるほど、コリメータ１２によってカットされるエネルギーの上限値Ｅｕｌは、低エネルギー側にシフトする。
【００３８】
そして、このアブソーバ１３によってカットされるエネルギーの下限値Ｅｌｌは、その直径及び衝突点Ｐからの距離Ｄ２に依存する。ここで、アブソーバ１３の直径は、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径よりも小さくなければならないので、コリメータ１２によってカットされるエネルギーの上限値Ｅｕｌが基準となる。衝突点Ｐからの距離Ｄ２が一定の場合には、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径とアブソーバ１３の直径との差が大きいほど、コリメータ１２によってカットされるエネルギーの上限値Ｅｕｌとアブソーバ１３によってカットされるエネルギーの下限値Ｅｌｌとの差が大きくなる。即ち、光子ビーム発生装置１から出力される光子ビームγの半値幅Ｅｈｗが大きくなる。逆に、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径とアブソーバ１３の直径との差が小さいほど、コリメータ１２によってカットされるエネルギーの上限値Ｅｕｌとアブソーバ１３によってカットされるエネルギーの下限値Ｅｌｌとの差が小さくなる。即ち、光子ビーム発生装置１から出力される光子ビームγの半値幅Ｅｈｗが小さくなる。また、アブソーバ１３は、コリメータ１２の射出側に配置されるので、（衝突点Ｐからの距離Ｄ２）＞（衝突点Ｐからの距離Ｄ１）の関係にある。コリメータ１２の貫通孔１２２の直径とアブソーバ１３の直径との差が一定の場合には、上記関係の下で衝突点Ｐからの距離Ｄ２が短くなるほど、即ち、アブソーバ１３がコリメータ１２に近づくほど、コリメータ１２によってカットされるエネルギーの上限値Ｅｕｌとアブソーバ１３によってカットされるエネルギーの下限値Ｅｌｌとの差が小さくなる。逆に、上記関係の下で衝突点Ｐからの距離Ｄ２が長くなるほど、即ち、アブソーバ１３がコリメータ１２から離れるほど、コリメータ１２によってカットされるエネルギーの上限値Ｅｕｌとアブソーバ１３によってカットされるエネルギーの下限値Ｅｌｌとの差が大きくなる。
【００３９】
従って、光子ビーム発生装置１から出力される散乱光子ビームγのエネルギー分布におけるピーク値Ｅｐ及び半値幅Ｅｈｗは、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径、アブソーバ１３の直径、コリメータ１２の衝突点Ｐからの距離Ｄ１及びアブソーバ１３の衝突点Ｐからの距離Ｄ２に依存し、これらを調整することによって制御することができる。よって、光子ビーム発生装置１は、これらを調整することによって単色性を維持しながら散乱光子ビームγのエネルギーを連続的に変えることができる。
【００４０】
ここで、散乱光子ビームγは、その照射範囲がコリメータ１２によって絞り込まれているので、アブソーバ１３によってカットされるエネルギーの下限値Ｅｌｌは、衝突点Ｐからの距離Ｄ２に対する依存度に較べて、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径とアブソーバ１３の直径との差に対する依存度よりも小さい。そのため、光子ビーム発生装置１から出力される光子ビームγのエネルギー分布の微調整に適している。
【００４１】
このため、光子ビーム発生装置１から出力される光子ビームγを所望のエネルギー分布を持つように、コリメータ１２の衝突点Ｐからの距離Ｄ１、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径及びアブソーバ１３の直径を設定し、より正確に所望のエネルギー分布を持つようにアブソーバ１３の衝突点Ｐからの距離Ｄ２で微調整することが好ましい。
【００４２】
図４は、実施形態に係る光子ビーム発生装置から出力される光子ビームのエネルギー分布のシミュレーション結果を示す図である。図４の横軸は、ＭｅＶ単位で表す光子（photon）のエネルギーであり、その縦軸は、１００ｋｅＶ当たりの光子の個数である。
【００４３】
シミュレーションでは、散乱断面積にＫｌｅｉｎ−Ｎｉｓｈｉｎａの式を用い、電子ビームｅとの衝突領域を１８０ｃｍと仮定し、電子ビームｅの大きさを０．５ｍｍとしてそれを発生源の大きさと仮定した。コリメータ１２は、鉛製で、長尺方向（ｙ方向）の長さを２０ｃｍとし、貫通孔１２２の直径を１０ｍｍとした。アブソーバ１３は、鉛製で長尺方向（ｙ方向）の長さを１０ｃｍとし、その直径を９ｍｍとした。そして、コリメータ１２とアブソーバ１３との間の距離は、１０ｃｍとした。このようなシミュレーション条件の下、シミュレーションは、コリメータ１２及びアブソーバ１３での散乱も考慮の上、モンテカルロ法を用いて散乱光子ビームγの散乱角を振ることによって、アブソーバ１３の後方５０ｃｍの位置における光子ビームγのエネルギー分布を求めた。なお、このシミュレーションを行ったエネルギー分布演算プログラムは、例えば、Ｈ．Ｕｔｓｕｎｏｍｉｙａ，Ｈ．Ａｋｉｍｕｎｅ，Ｓ．Ｇｏｋｏ，Ｔ．Ｙａｍａｇａｔａ，Ｍ．Ｏｈｔａ，Ｈ．Ｏｈｇａｋｉ，Ｈ．Ｔｏｙｏｋａｗａ，Ｋ．Ｓｕｍｉｙｏｓｈｉ，Ｙ．Ｗ．Ｌｕｉ，“Ｐｈｏｔｏｎｅｕｔｒｏｎ  Ｃｒｏｓｓ  Ｓｅｃｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ａｓｔｒｏｐｈｙｓｉｃｓ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｐ．５４２−５４５（２００２）に開示されているように、実測値とよく一致することが確かめられている。
【００４４】
シミュレーションは、コリメータ１２及びアブソーバ１３が無い場合（実線で示す特性曲線Ｘ）、衝突点Ｐからコリメータ１２までの距離Ｄ１が１０ｍの場合（一点鎖線で示す特性曲線ａ）、同距離Ｄ１が１５ｍの場合（破線で示す特性曲線ｂ）、及び、同距離が２０ｍの場合（実線で示す特性曲線ｃ）の４つの場合について、散乱光子ビームγのエネルギー分布を演算した。
【００４５】
図４から分かるように、コリメータ１２及びアブソーバ１３が無い場合では、散乱光子ビームγは、特性曲線Ｘで示すように、下に凸の曲線形状のエネルギー分布であるが、コリメータ１２及びアブソーバ１３を用いることによって、コリメータ１２によってその低エネルギー側がカットされ、アブソーバ１３によってその高エネルギー側がカットされて、散乱光子ビームγは、特性曲線ａ、ｂ、ｃで示すように、所定のエネルギー値Ｅｐａ、Ｅｐｂ、Ｅｐｃでピークを持ち所定の半値幅のエネルギー分布となる。
【００４６】
そして、衝突点Ｐからコリメータ１２までの距離Ｄ１を１０ｍ、１５ｍ、２０ｍと変えてコリメータ１２を配置すると、特性曲線ａ、特性曲線ｂ、特性曲線ｃと変化し、エネルギー値のピークＥｐが低エネルギー側から高エネルギー側へシフトしている。
【００４７】
なお、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径を変えた場合や、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径とアブソーバ１３の直径との差を変えた場合等も同様にシミュレーションすることができる。
【００４８】
このように本光子ビーム発生装置１は、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径、アブソーバ１３の直径、コリメータ１２の衝突点Ｐからの距離Ｄ１及びアブソーバ１３の衝突点Ｐからの距離Ｄ２のうちの少なくとも何れか１つを調整することによって光子ビームγのエネルギー分布を制御することができ、単色性のある散乱光子ビームγのエネルギーを連続的に変えることができる。特に、図４では、コリメータ１２の衝突点Ｐからの距離Ｄ１を調整することによって単色性の高い散乱光子ビームγのエネルギーを連続的に変えることができることが示されている。
【００４９】
そして、散乱光子ビームγの単色性は、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径とアブソーバ１３の直径との差、及び、コリメータ１２の衝突点Ｐからの距離Ｄ１とアブソーバ１３の衝突点Ｐからの距離Ｄ２との差に依存する。即ち、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径とアブソーバ１３の直径との差、及び、コリメータ１２の衝突点Ｐからの距離Ｄ１とアブソーバ１３の衝突点Ｐからの距離Ｄ２との差の少なくとも一方を調整することによって、レーザ光Ｌと電子ビームｅの衝突により生じた散乱光子ビームγがコリメータ１２とアブソーバ１３とをすり抜けてくる立体角を制御することで、散乱光子ビームγの単色性を制御することができる。コリメータ１２の貫通孔１２２の直径とアブソーバ１３の直径との差を小さくすると、その立体角は、小さくなる。あるいは、コリメータ１２の衝突点Ｐからの距離Ｄ１とアブソーバ１３の衝突点Ｐからの距離Ｄ２との差を小さくすると、その立体角は、小さくなる。散乱光子ビームγの単色性は、その立体角が小さいほど、狭くなって良くなる。一方、散乱光子ビームγの単色性は、その立体角が大きいほど広くなる。
【００５０】
ここで、上述の実施形態では、電子蓄積リング２１の電子ビームｅを用いているが、電子加速器を用いてもよい。
【００５１】
図５は、電子加速器を用いた光子ビーム発生装置の構成を示す図である。図５において、この電子加速器を用いた光子ビーム発生装置２は、レーザ光源１１と、コリメータ１２と、アブソーバ１３と、所定のレベルのエネルギーまで加速した電子ビームを射出する電子加速器２２とを備えて構成される。これらレーザ光源１１、コリメータ１２及びアブソーバ１３は、図１乃至図４を用いて説明した上記光子ビーム発生装置１のレーザ光源１１、コリメータ１２及びアブソーバ１３とそれぞれ同様であるので、その説明を省略する。
【００５２】
レーザ光源１１から射出したレーザ光Ｌは、電子加速器２２から射出された電子ビームｅと所定の角度θＬで衝突する。この衝突角の角度θＬは、最も効果的に逆コンプトン散乱光子の光子ビームγを発生させるために、πに近いほどよい。この衝突によって逆コンプトン散乱の原理に従って所定の立体角で散乱光子ビームγが発生する。この散乱光子ビームγは、光子ビーム発生装置１と同様の作用効果により、コリメータ１２及びアブソーバ１３によって立体角が調整されて、所定のエネルギー値Ｅｐでピークを持ち所定の半値幅Ｅｈｗのエネルギー分布を持った単色性のある散乱光子ビームγとなって光子ビーム発生装置２の出力として放射される。
【００５３】
このような構成の光子ビーム発生装置２は、光子ビーム発生装置１と同様に、コリメータ１２の貫通孔１２２の直径、アブソーバ１３の直径、コリメータ１２の衝突点Ｐからの距離Ｄ１及びアブソーバ１３の衝突点Ｐからの距離Ｄ２のうちの少なくとも何れか１つを調整することによって散乱光子ビームγのエネルギー分布を制御することができ、単色性のある散乱光子ビームγのエネルギーを連続的に変えることができる。
【００５４】
そして、上述の実施形態において、コリメータ１２の移動を容易にするために、図２に破線で示すように、左右一対から成る２組の車輪１２３−１、１２３−２をコリメータ１２に設けてもよい。コリメータ１２の底面付近には、長さ方向（ｙ方向）の両端に２個の円筒形状の貫通孔（不図示）が幅方向（ｚ方向）に軸受け孔としてそれぞれ開けられている。各軸受け孔には、軸受け孔の直径よりやや小さい直径の円柱形状の車軸（不図示）がそれぞれ挿通されており、各車軸の両端に、外周の一部が四角柱１２１の底面から出るような車輪１２３−１、１２３−２がそれぞれ取り付けられている。
【００５５】
このような２組の車輪１２３−１、１２３−２をコリメータ１２に設けることによって、コリメータ１２をｙ方向に容易に移動することができる。
【００５６】
また、上述の実施形態において、コリメータ１２を案内するガイドレールを設けても良い。図６は、実施形態に係るガイドレールの構成を示す図である。図６（Ａ）は、上面図であり、図６（Ｂ）は、斜視図である。図６において、一対のガイドレール１２４−１、１２４−２は、ｙ方向に延びる長尺の四角柱であり、ｙ方向にコリメータ１２が摺動可能な間隔でｙ方向に平行に配設されている。このようなガイドレール１２４−１、１２４−２を用いることによって、コリメータ１２の貫通孔１２２の中心軸と散乱光子ビームγの中心軸との一致を維持したまま容易にコリメータ１２をｙ方向に移動することができる。そして、ガイドレール１２４−１、１２４−２の一方又は両方に衝突点Ｐからの距離Ｄ１を示す目盛りＳＣを設けてもよい。このように構成することによって所望の衝突点Ｐからの距離Ｄ１にコリメータ１２を容易に移動し、配置することができる。
【００５７】
さらに、上述の実施形態では、アブソーバ１３は、台１３２及びロッド１３３によって支持したが、散乱光子ビームγを実質的に吸収しない透過材料でアブソーバ１３を構成する円柱１３１の周面を被覆して所定の高さに支持するように構成してもよい。図７は、透過材料で被覆したアブソーバの構成を示す図である。図７において、アブソーバ１３は、散乱光子ビームγを吸収することができる遮蔽材料で形成された円柱１３１の周面が散乱光子ビームγを実質的に吸収しない透過材料１３４によって被覆されて構成されており、透過材料１３４の外形は、安定的に配置することができるように配置面が平面となる四角柱に形成されている。透過材料は、例えば原子番号の小さい元素を主成分とする材料で、例えば樹脂等である。このように構成することによって散乱光子ビームγの透過を実質的に阻害することなく、容易に、アブソーバ１３を構成する円柱１３１を所定の高さに支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態に係る光子ビーム発生装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態に係るコリメータ及びアブソーバの構成を示す図である。
【図３】逆コンプトン散乱の原理に従って発生した散乱光子ビームから所定のエネルギー分布を持つ光子ビームを生成する過程を説明するための図である。
【図４】実施形態に係る光子ビーム発生装置から出力される光子ビームのエネルギー分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】電子加速器を用いた光子ビーム発生装置の構成を示す図である。
【図６】実施形態に係るガイドレールの構成を示す図である。
【図７】透過材料で被覆したアブソーバの構成を示す図である。
【図８】逆コンプトン散乱による散乱光子発生の原理を説明するための図である。
【図９】特許文献２に開示の反応断面積測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、２  光子ビーム発生装置
１１  レーザ光源
１２  コリメータ
１３  アブソーバ
２１  電子蓄積リング
２２  電子加速器
【図１】
2007248081.tif 000004
【図２】
2007248081.tif 000005
【図３】
2007248081.tif 000006
【図４】
2007248081.tif 000007
【図５】
2007248081.tif 000008
【図６】
2007248081.tif 000009
【図７】
2007248081.tif 000010
【図８】
2007248081.tif 000011
【図９】
2007248081.tif 000012