(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置に用いられるレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系であって、レーザ光が入射されるハーフミラーと、該ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、上記加速器を通過したレーザ光を再び上記直線状の電子ビーム軌道へ戻す第１のミラーと、第１のミラーで反射されたレーザ光が上記加速器を通過して上記非対称ミラー及び上記ハーフミラーで反射した後上記ハーフミラーの透過光路と一致するように上記ハーフミラーに反射させる第２のミラーとを備えたことを特徴とするレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系。
【請求項２】
加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置に用いられるレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系であって、レーザ光が入射されるハーフミラーと、該ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、上記加速器を通過したレーザ光を上記ハーフミラーの透過光路と一致するように上記ハーフミラーに反射させる複数のミラーとを備えたことを特徴とするレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系。
【請求項３】
加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、レーザ光が入射されるハーフミラーと、該ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、上記加速器を通過したレーザ光を再び上記電子ビーム軌道へ戻す第１のミラーと、第１のミラーで反射されたレーザ光が上記加速器を通過して上記非対称ミラー及び上記ハーフミラーで反射した後上記ハーフミラーの透過光路と一致するように上記ハーフミラーに反射させる第２のミラーとを備えたことを特徴とするＸ線発生装置。
【請求項４】
加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、レーザ光が入射されるハーフミラーと、該ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、上記加速器を通過したレーザ光を上記ハーフミラーの透過光路と一致するように上記ハーフミラーに反射させる複数のミラーとを備えたことを特徴とするＸ線発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系及びそれを用いたＸ線発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のＸ線発生装置の原理図であり、図６は図５の楕円領域Ａの拡大図である。
【０００３】
図５に示すＸ線発生装置１は、レーザシンクロトロン放射光源（ＬＳＳ）であり、主にレーザ光２を発生するレーザ光源３と、レーザ光を集光、コリメートするレンズ群４と、電子ビームを発生する電子銃（図示せず。）と、電子ビームを加速する加速器（図示せず。）と、加速器からの電子ビームを集光、コリメートする４極マグネット５と、レーザ光２と電子ビームとを衝突させるためのコンプトンセル６と、コンプトンセル６内を通過する電子ビームとコンプトンセル６内で発生したＸ線と電子ビームとを分離するためのダイポール７とで構成されている。
【０００４】
図６に示すコンプトンセル６は、ケーシング８と、ケーシング８内の一方の側（図では左側）に配置され、中央に貫通孔９が形成され、ケーシング８の長手方向に対して直角に入射したレーザ光２をケーシング８の長手方向に反射すると共に集光する第１の凹面鏡（図では左側）１０と、ケーシング８内の他方の側（図では右側）に配置され、中央に貫通孔１１が形成され、第１の凹面鏡１０からのレーザ光２をケーシング８の長手方向に対して直角に出射する第２の凹面鏡（図では右側）１２とを有し、ケーシング８の他方の側から入射した電子ビームｅ-が両凹面鏡１０、１２の貫通孔９、１１を通過するようになっている。コンプトンセル６内では両凹面鏡１０、１２の間を通過するレーザ光２と、両貫通孔９、１１を通過する電子ビームｅ-とが衝突するようになっている。
【０００５】
なお、１３は電子ビームｅ-の位置を観測するためのＢＰＭ（ビームポジションモニタ）であり、１４は電子ビームｅ-の位置を微調整するためのステアリングコイルである。１５はコンプトンセル６内のレーザ光２を観測するためのＩＲカメラであり、１６はコンプトンセル６からの電子ビームｅ-を観測するためのファラディカップである。１７はベリリウムウィンドウであり、１８はダイポール７で分離されたＸ線を観測するためのＸ線検知器である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コンプトンセル６内ではレーザ光２と電子ビームｅ-とは一見正面衝突しているように見えるが、完全な正面衝突ではなく所定角度だけ斜めに１個所で衝突している。これは、両凹面鏡１０、１２のように孔あきミラーを用いると、レーザ光２の光軸と電子ビームｅ-の軌道とを完全に一致させることができないためである。このため、レーザを同期させ増幅する必要があり、両凹面鏡１０、１２には貫通孔９、１１があるのでレーザ光が損失し、その分だけＸ線の発生効率に限界があるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、Ｘ線の発生効率を向上させたレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系及びそれを用いたＸ線発生装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置に用いられるレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系であって、レーザ光が入射されるハーフミラーと、ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、加速器を通過したレーザ光を再び電子ビーム軌道へ戻す第１のミラーと、第１のミラーで反射されたレーザ光が加速器を通過して非対称ミラー及びハーフミラーで反射した後ハーフミラーの透過光路と一致するようにハーフミラーに反射させる第２のミラーとを備えたものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置に用いられるレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系であって、レーザ光が入射されるハーフミラーと、ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、加速器を通過したレーザ光をハーフミラーの透過光路と一致するようにハーフミラーに反射させる複数のミラーとを備えたものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、レーザ光が入射されるハーフミラーと、ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、加速器を通過したレーザ光を再び電子ビーム軌道へ戻す第１のミラーと、第１のミラーで反射されたレーザ光が加速器を通過して非対称ミラー及びハーフミラーで反射した後ハーフミラーの透過光路と一致するようにハーフミラーに反射させる第２のミラーとを備えたものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、加速器からの電子ビームとレーザ光源からのレーザ光とを衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置において、レーザ光が入射されるハーフミラーと、ハーフミラーの透過光路上に配置され、レーザ光の反射面とＸ線の反射面とが異なると共にレーザ光の反射光路が加速器の直線状の電子ビーム軌道と一致するように配置された非対称ミラーと、加速器を通過したレーザ光をハーフミラーの透過光路と一致するようにハーフミラーに反射させる複数のミラーとを備えたものである。
【００１２】
本発明によれば、レーザ光源からのレーザ光は、ハーフミラーを通過すると、非対称ミラーで反射されて加速器に入射して直線状の電子ビーム軌道を通過すると共に電子ビームと正面衝突する。加速器から出射したレーザ光は第１のミラーで反射されて再び加速器に入射して直線上の電子ビーム軌道を通過して加速器から出射し非対称ミラーで反射され、ハーフミラーで反射された後第２のミラーで反射されてハーフミラー、非対称ミラー、加速器及び第１のミラーからなる光路を複数回往復すると共に電子ビームと正面衝突を繰り返しレーザ逆コンプトン散乱Ｘ線が発生する。このため、散乱断面積が大きくなりＸ線（γ線）の発生効率が向上する。発生したＸ線は非対称ミラーでレーザ光とは異なる角度で反射する。
【００１３】
また、本発明によれば、レーザ光源からのレーザ光は、ハーフミラーを通過すると、非対称ミラーで反射されて加速器に入射して直線状の電子ビーム軌道を通過すると共に電子ビームと正面衝突する。衝突後レーザ光は加速器から出射し複数のミラー、ハーフミラー及び非対称ミラーで反射し、再び加速器に入射して直線上の電子ビーム軌道と通過すると共に電子ビームと正面衝突する。すなわち、レーザ光は非対称ミラー、加速器、ミラー、ハーフミラーからなるループ状の光路を周回しながら、電子ビームと複数回正面衝突を繰り返してレーザ逆コンプトン散乱Ｘ線が発生する。このため、散乱断面積が大きくなりＸ線（γ線）の発生効率が向上する。発生したＸ線は非対称ミラーでレーザ光とは異なる角度で反射する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１は本発明のレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系を用いたＸ線発生装置の一実施の形態を示す概念図である。図２は図１に示したＸ線発生装置に用いられる非対称ミラーの概念図であり、図３は図２に示した非対称ミラーの他の概念図である。
【００１６】
図１に示すＸ線発生装置２０は、主にレーザ光源２１と、レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系２２と、電子ビームｅ-を発生する電子銃（図示せず。）と、電子ビームｅ-を加速する加速器２３とで構成されている。
【００１７】
レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系２２は、レーザ光源２１からのレーザ光２４が入射されるハーフミラー２５と、ハーフミラー２５を通過したレーザ光の光路２４−１上に配置され、光路２４−１上のレーザ光の反射光路２４−２が加速器２３の直線状の電子ビーム軌道（光路）２８と一致するように配置された非対称ミラー２６と、加速器２３を通過して光路２４−３上を進むレーザ光を再び電子ビーム軌道２８へ戻す第１のミラー（凹面鏡でもよい。）２９と、第１のミラー２９で反射されて光路２４−３を進むレーザ光が加速器２３を通過して光路２４−２を通り、非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａ及びハーフミラー２５で反射して光路２４−４を通った後ハーフミラー２５の透過光路２４−１と一致するようにハーフミラー２５に反射させる第２のミラー（凹面鏡でもよい。）３０とで構成されている。
【００１８】
非対称ミラー２６は、図２に示すように結晶（例えばＢｅ）からなっており、可視光反射面２６ａが結晶面（Ｘ線反射面）２６ｂに対し角度θ２だけ傾斜するように形成されている。
【００１９】
レーザ光源２１には例えば炭酸ガスレーザ（パルスレーザ）が用いられるが、ＹＡＧレーザや銅蒸気レーザ等の高出力レーザを用いてもよい。
【００２０】
ハーフミラー２５には例えば平行平面ガラスに金属薄膜あるいは誘電体多層膜をコーティングしたものが用いられる。
【００２１】
レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系２２の各ミラー２５、２６、２９、３０の光軸調整は図示しないステッピングモータ（或いはギヤードモータ）で行われる。
【００２２】
なお、Ｌnaは非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａの法線であり、ＬnxはＸ線反射面２６ｂの法線であり、Ｌ25はハーフミラー２５の可視光反射面の法線である。
【００２３】
次に図１に示したＸ線発生装置の動作について図２を参照して説明する。
【００２４】
図１に示すレーザ光源２１から出射されたレーザ光２４は、ハーフミラー２５を透過し、非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａで反射されて光路２４−２を通って加速器２３に入射する。加速器２３に入射したレーザ光は、加速器２３の直線状の電子ビーム軌道２８を通過する際に電子ビームｅ-と正面衝突する。この衝突によりレーザ逆コンプトン散乱Ｘ線２７−１が発生する。加速器２３を通過したレーザ光は光路２４−３を通って第１のミラー２９に進み、第１のミラー２９で反射されて再び光路２４−３を通って加速器２３に入射し、直線状の電子ビーム軌道２８を通過して加速器２３から出射する。加速器２３から出射したレーザ光は光路２４−２を進み、非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａで反射される。可視光反射面２６ａで反射されたレーザ光は光路２４−１を通ってハーフミラー２５に向かう。光路２４−１上のレーザ光はハーフミラー２５で反射されて第２のミラー３０に向かう。第２のミラー３０で反射されたレーザ光は光路２４−４を逆に辿ってハーフミラー２５、非対称ミラー２６、加速器２３及び第１のミラー２９を通る光路２４−１〜２４−４、２８を複数回往復すると共に直線状の電子ビーム軌道２８で電子ビームｅ-と正面衝突を繰り返し、そのたびにＸ線（或いはγ線）２７−１が発生する。
【００２５】
加速器２３内で発生したＸ線２７−１は光路２４−２上のレーザ光と共に非対称ミラー２６に入射する。図２に示すようにＸ線２７−１と、光路２４−２上のレーザ光とが非対称ミラー２６に入射すると、光路２４−２上の可視光であるレーザ光は可視光反射面２６ａに入射角度θ１で入射して、反射角度θ１で反射するのに対し、Ｘ線２７−１は非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａに対して入射角度θ１で入射するが、Ｘ線反射面（結晶面）２６ｂでＸ線反射面２６ｂに対して角度θ３で反射する（ブラッグ回折）。
【００２６】
尚、結晶面２６ｂの間隔をｄとし、Ｘ線２７−１、２７−２の波長をλとし、Ｘ線２７−１の結晶面２６ｂに対する入射角度を（θ１＋θ２）とすると、Ｘ線２７−１、２７−２の波長λは２ｄｓｉｎ（θ１＋θ２）を満たすようになっている。
【００２７】
すなわち、加速器２３内で発生したＸ線２７−１は、非対称ミラー２６のＸ線反射面２６ｂで光路２４−１上のレーザ光とは異なる角度で反射する。
【００２８】
図３は図１に示したＸ線発生装置に用いられる非対称ミラーの変形例を示す概念図である。
【００２９】
この非対称ミラー３１は回折格子からなっており、反射面３１ａ上に複数の溝３２が所定の間隔で形成されている。
【００３０】
このような非対称ミラー３１を用いても図２に示した非対称ミラー２６と同様の効果が得られる。
【００３１】
図４は本発明のレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系を用いたＸ線発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。なお、図１に示した部材と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００３２】
図４に示すＸ線発生装置４０の図１に示したＸ線発生装置２０との相違点は、加速器２３から出射したレーザ光を複数のミラー４２〜４４を用いてハーフミラー２５、非対称ミラー２６及び加速器２３との間で周回させる点である。
【００３３】
すなわち、図４に示したＸ線発生装置４０は、主にレーザ光源２１と、レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系４１と、電子ビームｅ-を発生する電子銃（図示せず。）と、電子ビームｅ-を加速する加速器２３とで構成されている。
【００３４】
レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系４１は、レーザ光２４が入射されるハーフミラー２５と、ハーフミラー２５の透過光路２４−１上に配置され、透過光路２４−１上のレーザ光の反射光路２４−２が加速器２３の直線状の電子ビーム軌道２８と一致するように配置された非対称ミラー２６と、加速器２３を通過した光路２４−３上のレーザ光をハーフミラー２５の透過光路２４−１と一致するようにハーフミラー２５に反射させる複数（図では３枚であるが限定されない。）のミラー４２、４３、４４とで構成されている。なお、Ｌ42はミラー４２の可視光反射面の法線を示し、Ｌ43はミラー４３の可視光反射面の法線を示し、Ｌ44はミラー４４の可視光反射面の法線をそれぞれ示す。
【００３５】
このＸ線発生装置４０が作動すると、レーザ光源２１からのレーザ光２４は、ハーフミラー２５を透過し、非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａで反射される。非対称ミラー２６の可視光反射面２６ａで反射されて光路２４−２上を進むレーザ光は加速器２３に入射して直線状の電子ビーム軌道２８を通過する際に電子ビームｅ-と正面衝突してレーザコンプトン散乱Ｘ線２７−１を発生する。電子ビームｅ-と衝突した後レーザ光は加速器２３から出射して光路２４−３を進んでミラー４２に入射する。ミラー４２に入射したレーザ光はミラー４２で反射されて光路２４−５を進みミラー４３に入射する。ミラー４３に入射したレーザ光はミラー４３で反射されて光路２４−６を進んでミラー４４に入射する。ミラー４４に入射したレーザ光はミラー４４で反射されて光路２４−７を進んでハーフミラー２５に入射する。ハーフミラー２５に入射したレーザ光はハーフミラー２５で反射して光路２４−１を通って非対称ミラー２６に入射する。非対称ミラー２６に入射したレーザ光は可視光反射面２６ａで反射し、光路２４−２を通って再び加速器２３に入射して直線上の電子ビーム軌道２８を通過する際に電子ビームｅ-と正面衝突してレーザコンプトン散乱Ｘ線２７−１を発生する。
【００３６】
すなわち、レーザ光は非対称ミラー２６、加速器２３、ミラー４２〜４４、ハーフミラー２５からなるループ状の光路２４−１〜２４−３、２４−５〜２４−７、２８を周回しながら、加速器２３内で電子ビームｅ-と複数回正面衝突を繰り返してそのたびにレーザ逆コンプトン散乱Ｘ線（若しくはγ線）２７−１を発生する。この結果、散乱断面積が大きくなりＸ線２７−１の発生効率が向上する。発生したＸ線２７−１は非対称ミラー２６のＸ線反射面２６ｂで光路２４−１上のレーザ光とは異なる角度θ２で反射する。
【００３７】
このようなＸ線発生装置４０においても図１に示したＸ線発生装置２０と同様の効果が得られる。
【００３８】
ここで、図１、図４に示したＸ線発生装置２０、４０において、Ｌをレーザ光路の全長（図１では１往復の長さ、図４では１周の長さ）とし、Ｃを光速（３×１０8ｍ／ｓ）とし、ｆをレーザ繰り返し周波数（数Ｈｚ程度）、１／ｆを繰り返し時間とし、Ｔをレーザ光が距離Ｌだけ進む時間（Ｌ／Ｃ）とすると、（１／ｆ）／Ｔが整数倍となるときにレーザは同期し、これ以外のときには光路Ｌ上のレーザパルス位置がずれる。すなわち、本レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系を用いてレーザ光路長さＬ若しくは周波数ｆを変更することにより、直線状の電子ビーム軌道に多数のレーザパルスを生成することができ、電子ビームとレーザ光との散乱断面積を大きくすることができる。
【００３９】
ところで、図４に示したＸ線発生装置４０の場合は正面衝突のみであるが、図１に示したＸ線発生装置２０の場合は正面衝突の他、１８０°衝突（追突）もある。しかしながら、追突の場合は入射側のミラーで回折されない（例えば正面衝突時の発生Ｘ線のエネルギーを５０ｋｅＶとすると、追突時の発生電磁波のエネルギーはわずか１ｅＶしかないためである。）
なお、発生Ｘ線のエネルギーは数１式で表される。
【００４０】
【数１】
0003982299.tif 000002
【００４１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、Ｘ線の発生効率を向上させたレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系及びそれを用いたＸ線発生装置の提供を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系を用いたＸ線発生装置の一実施の形態を示す概念図である。
【図２】図１に示したＸ線発生装置に用いられる非対称ミラーの概念図である。
【図３】図１に示したＸ線発生装置に用いられる非対称ミラーの変形例を示す概念図である。
【図４】本発明のレーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系を用いたＸ線発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。
【図５】従来のＸ線発生装置の原理図である。
【図６】図５の楕円領域Ａの拡大図である。
【符号の説明】
２１  レーザ光源
２２、４１  レーザコンプトン散乱Ｘ線用レーザ光学系
２３  加速器
２４  レーザ光
２４−１〜２４−７  光路
２５  ハーフミラー
２６  非対称ミラー
２７−１、２７−２  Ｘ線
２８  直線状の電子ビーム軌道（光路）
２９  第１のミラー
３０  第２のミラー
４２〜４４  ミラー
【図１】
0003982299.tif 000003
【図２】
0003982299.tif 000004
【図３】
0003982299.tif 000005
【図４】
0003982299.tif 000006
【図５】
0003982299.tif 000007
【図６】
0003982299.tif 000008