日本物理学会 第64回年次大会シンポジューム
小型加速器の新展開とその応用

さらに小型化した卓上型放射光装置；
そのパワーと利用の展開
大型放射光

みらくるRAYCV4みらくる

みらくるRAYＣＶ１電磁波利用の（パワー／波長）相関

Brilliance or Power10mW

10171015

1013

10W

10kW

様々な光を発生する みらくる

10 5

Integrated SR radiation
over 2πInterference due tothe circular mirror

6 [MeV]19.5 [MeV]
50 [MeV]
8 [GeV]

10 2
10 -1
10 -4
10 -7
10 -10
10 -13 4
10 10 3 10 2 10 1 10 0 10 -1 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 -7
Wavelength µ[ m]mW

Power [W/A・mrad・1%band]

10 8

赤外・遠赤外線放射光パワー

MIRRORCLE 6X (6FIR)

Bolometer

FIR window
FT-IRMirror
chambere-beam

Photon storage ring FIR
laser system
Circular mirror
FIR

MIRRORCLE-6FIR

J. Synchrotron Rad. (2009). 16, 299–306
Performance of the far-IR beam line of
the 6 MeV tabletop
synchrotron light source
Md. Monirul Haque, Hironari Yamada,
Ahsa Moon and Mami Yamada

Photon flux from 6MeV PhSR
measured through 2mm φ iris

Comparison with other sources
SR source

Photon flux (ph/sec, 0.1% band)
λ=10µmλ=100µmλ=500 µmλ=1000 µm

MIRRORCLE-6FIR (calculated)(measured)

…….
…….

~7.85×1013~1.32×1013~5.08×1014~3.06×1013~4.15×1014~1.38×1012

Spring-8 (Kimura et al., 2001)~1×1013~3×1011

…….

…….

UVSOR-II (Kimura et al., 2006)~2×1014~1×1014~2×1013~6×1012NSLS (Williams, 2002)~1012~1013~1014~1014

Tohuku-300 MeV linac (Ishi et al.,1991)……….

<1010~1×1013~3×1013

MLS (Muller et al., 2006)~2×1014~8×1013~3×1013~2×1013SSLS (Bahou et al., 2007)~3×1013~1×1013~8×1012~4×1012

ALS (Barry et al., 2002)………

~7×1012~4×1012~2×1012SOLEIL (calculated) (Dumas et al.,2006)~1×1014~4×1013~1×1013~9×1012

Water-acetone mixture measured byMIRRORCLE-20
Miura and Kitagawa, Synchrotron Light Life Science Center

Dipole-dipole interaction
Hydrogen bonding
stretching

Coexistence of hydrogen bonding of water anddipole-dipole interaction of acetone

Coherence of FIR radiation
Proportional to I1.8

Stimulated emission appears by the interaction of theorbiting electrons and accumulated SR lights.

λ = 4 ρ (α / β − sin(α ))H. Yamada, Photon storage ring, Japan J. Appl. Phys. 28 pp.L1665L1668 (1989)

World status of THz sources

X線放射パワーみらくる は発散角の大きな光源ですが単位面積当たりの強度が放射光並、積分強度は放射光を超える

発光点断面Ａ

全光量10kW(100W)
Ωmrad2立
体角当たり

光子密度
Density
1010 （ 108 ）光子/sec,mrad２

光子密度＝光子数／Ω、sec、単位波長当たり
発光点の大きさを考慮しない定義
輝度Brilliance＝光子密度／A

BrillianceとFlux
1E17

九 州 シ ンクロ トロ ン
偏光電磁石

SP ring-8
偏光電磁石

2Brilliance2

photons/sec/mrad /mm /0.1%λBrilliance
1E15

P hoton Factory
偏光電磁石

1E13

み ら くる
20 M eV

MIRRORCLE-CV4
み ら くる6 M eV

1E11回転対陰極
1E9101001000

P hoton Energy / keV

みらくる のＸ線強度は、入射器のパワーを上げればさらに上がる！

適切な光学系で容易に１００倍を達成できる
Johansson typeor troidal mirror

1µm size specimen
is possible

ckthircem
1 µ e soulin

Sagittal bent crystal

EUV〜Soｆｔ Ｘ線パワー
MIRRORCLE-20 & Au foil (60nm), 1A current
Ritsumeikan SR, 300mA current

30mW/2% band
width EUV
1.E-02

Power [W/2%bw]

Integrated: 6.28 W

1.E-04

1.E-06101001000

Energy / eV10000

Measured spectrum at EUV region

10987QE

65432100510152025

Wave length'Mo/Si multilayer
mirror (50 Mo/Sibilayers with theperiod of 6.95 nm)
The reflection of EUV
at 13.5 nm is
R~=0.695.

'SXUV100Si/Zr‘ made by'International
Radiation Detectors
Inc現在の みらくる がカバーするパワー領域
10mW

10W

10kW

Brilliance or Power

50kW ＭＩＣ
1017

10151013

MIRRORCLECV6+ PhSRMIRRORCLE20SX+Magic M

MIRRORCLEＣＶ１+ Optics

MIRRORCLECV4みらくる の特性を生かした利用分野
A

Injector

Synchrotron

1. Highcurrent

Orbit radius=8cm> portable source
stored beam current=4A> High power radiation source

Ｘ線BC

2. Smallemissionpoint

1-10 µm target

3. Conebeam> Monochrometer provides highenergy resolution with very shortbeam line

4.
PolychromaticX-ray

High energy X-ray¾ NDT of heavy construction¾ 2 color experiment by different
targets¾ X-ray energy is tunable> Magnified imaging

MIRRORCLE型放射光の３つの特徴 （Ｉ）
AInjector

Synchrotron

1. Smallorbit radius

Ｘ線

等倍Orbit radius=8cm> portable source
stored beam
current=4A> High power radiation
source１２倍拡大

MIRRORCLE型放射光の３つの特徴 （Ⅱ）
B

2. Smallemission point

3. Cone beam

1-10 µmφ target> Magnified imaging> distance reduces
the scattering
background

１40mm

24mm
36mm
9Shape dependence of edge effectx110.5mmthick plate

A

X-ray

x1110mmφRodA

B

X-ray

B

10mm

10mm

凸shapePlane sample

X-raytarget：W10μmφWire
Air bubble in water
A5mmφpipe
B

X-ray

target：W10μmφWire

x11A
B

10mm

凹shapetarget：Cu25μmφRod

凹凸shape sample
target：W10μmφWire

Fine energy resolution of monochrometerB

2. Smallemission point
3. Cone beamfine energy resolution
by short beam line
¾Suitable for
Dispersive XAFS

∆E / E = ( ∆θ 2 + ∆τ 2 + ∆S ) cotθ Blmonochro:Si(111)

Photon Factory
MIRRORCLEMIRRORCLE

Detector size：0.1mm

Source ssize[μｍ]

Source-detector[ｍ]Energy resolution
E/ΔE

100
10125
31500050005100
Short beam line

広い波長分散領域••••目的とするＸＡＦＳ領域を一度に測定する
測定中に動く機構がないので安定である
高速化が可能透過法以外は困難

50mrad>2keV

分光結晶

θ小E高位置敏感型
検出器

θ大放射光

サン
プ
ル

E低横長光源２０ＳＸに設置した結晶分光器２ｍ

掃引型と波長分散型の双方が可能

Dispersive XAFS

Mo10µm3.5

3.0mR

2.50.25
2.00.245
0.24

1.50.235

Mo10umSampleなし

0.35mµt

0.23
0.4

0.225
0.22

0.3

0.215

0.25

0.21

0.2

0.205
0.2
19950

0.15
0.10.05

20050

20150
20250
20350
Photon Energy [eV]

20450

20550

0200

250

300

350

400

450

500

550

• ＤXAFSスペクトル取得時間
１時間＞ＢＬの短縮で６分に短縮＞光学系の改良で3.6秒

MIRRORCLE型放射光の３つの特徴 （Ⅲ）
C
4.
Polychromatic
X-ray

蚕のさなぎ

High energy X-ray beam
> NDT of heavy
construction> Multi color experimentinspection of concrete

25µm target source-object distance
1.3m 500sec imaging time

X150mmExpanded
15cm thick60cm thickconcrete

45cm thickconcrete

X3 projection

みらくる で無ければ出来ない事！

2.
3.
4.

見えない物が見える ＞
みらくる でな
ければ見ることが出来ない。
短時間で見える大パワーを必要とする
小型・経済的である

MIRRORCLE-20 & Au foil (60nm), 1A current
Ritsumeikan SR, 300mA current

1.E-02

Power [W/2%bw]

1.

1.E-04

1.E-0610100

1000

Energy / eV10000

みらくる
利用分野

微細Ｘ線画像装置
サブミクロンからナノ領域におけるＸ線顕微ＣＴ装置

Ｘ線医療
診断・治療装置

高度Ｘ線分析
研究機関向け科学機器
XRD, SAXS, XAFS

原子炉、石油プラント
小型リングで電子機器・複合樹脂材料
光子研の配管、建家検査
をパッケージ毎検査
高度な分析、最も高輝度なテラ
みらくるRAY
橋梁の欠陥・寿命診燃料電池の検査
ヘルツ光源で、スペクトロスコピー、断溶液、タンパク質、食料品に混入した異物の高輝度光
EXAFS
薬品の分析が可
チェック
建物の欠陥検査
能に発生装置
石油・ガスの回収率を改結晶構造解析が可能
コンテナーのセキュリ
善する研究にティーチェック骨の後ろにある1mm癌が見える

Ｘ線非破壊検査
コンクリートや鋼製構造物を1mmの精度で診断

テラヘルツ
分光装置