放射光第 6 巻第 4 号(1993年)‑
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放射光基礎講座(その 7/最終回〉
高エネルギー物理学研究所宮原そして最後に夢をぞれの ，

Ox' , Oy ，

この講座も 7 回目になり，一応の区切りをつけOxOx' 壬え 1(4π)

るときが来たと思う。ふり返って見ると，話が定σ yOy' s
ﾀ1
(4だ)

恒星

σy' としたときおよび(1)

性的にすぎたりまた逆に本質が見えなくなったよ
うな記述もあり，反省点が多い。そしてなによりという条件で光をとりこめればよい。実際，軟 X

も，まだまだ放射光の本質について言い残したこ

線領域でゾーン・プレートを用いるような顕微法とがあまりにも多いような気がする。もし将来，では，時間があれば(あまり期待できないが)少くとものような光のとりこみ方をしたとき我々はどの程書いてしまったことについては若干の改定でもで度の光を捨てているのか見積ってみよう。まず(1)きればと考えている。しかしこのような心残り式の条件は光源のエミッタンスとしては，がありながらも，一つの区切りとして，私の考え向ともにえ 1(4π) であることに相当する。例えばフる放射光についての夢について述べてみたい。

ォトン・ファクトリーの 2.5GeV のリングでは電このような光のとりこみを行っている。こX,

Y方子ビームのエミッタンスは約 80nm. rad で軟 X 線

1.

もっと干渉性を領域の光の回折限界よりはるかに大きい。 y 方向

光の干渉性についてはのエミッタンスは，上記の値の約 2% であると見①空間的(横方向)干渉性積られている。そこで仮にえ口 30 入として，回折②時間的(縦方向)干渉性限界の部分の占める割合 r を求めると③多光子干渉性の三種類について考慮する必要があることは，こTヱG 14π)2A4曹の =4.5 X 10‑(2)80x1.6X 10‑18れまでの講座を読んで頂ければ，ある程度，理解できると思う。ここで重要なことは，上記のうちとなる。すなわち，約 99.96% の光は非干渉的な光①，②は，光の強度を犠牲にすれば増大できるのであるから，干渉性が本質的な実験にとっては，に対して，③は光の強度そのものが必要であるとこれは捨てなければならない部分である。

いう点で大きく巽っている。したがって③につい高輝度光源では，上記 r の値をなるべく l に近づては次節以下で述べることとし，ここでは①，②ける必要があり，その実現のために低エミッタンに話を限定する。

スの蓄積リングが必要となるのである。しかもえ

さて，既存の放射光施設においても①，②を利用した実験は行われている。まず強度を犠牲にして①を増大させるためには，放射光のうち回折限が小さくなればなるほどより低いエミッタンスが必要である。
一方，②の時間干渉性については，これも強度界の部分をとりこみ，残りを捨てればよい。すなを犠牲にして単色性を増していけば，いくらでもわち，大きくすることができる O しかしながら，多周期X,Y方向の光源の大きさと角度発散をそれ‑91‑(C) 1993 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

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470のアンジュレータを用いて，あらかじめ準単色光(1993年)なる。

を作っておけば，周期数の 2 乗に比例して輝度をまた，レーザーの場合と同様に，種々の多光子増大させることができるので，比較的小さい損失過程を起すためには，光はパルス光で十分であで時間干渉性を大きくすることができる。

る。すなわち輝度の瞬間的最大値が大きければよ

さて，①，②の干渉性が高いと，どのような研究の展望が開けるだろうか。その一つは，ゾーい。このような事情のため，単ノ〈ンチでなるべく大きな電流を蓄積できるりングは有利となる。

ン@プレートなど干渉性を利用した結像光学系のこのような目的を実現するための横綱クラスの利用が可能となり，位相関係が本質的であるよう

リングは何といってもトリスタンの主リング (MR)な，あらゆる実験が可能となるであろう。すなわである。このりングのラティスを若干改良し，エち，ネルギ -4GeV で運転し，レーザーを用いて可視光領域で行われているような結像技術@踊像技術をはるかに短波長領域で実現する展望が関かれる。たとえば，

タを用いると，70m 級のアンジュレー

ﾀ=100Å の光に対して，もし X 線nB~ 106

領域でホログラフィー技術が可能となれば，これ(3)は 3 次元の画像再生ひいては構造解析一般にとって革命的な手段を提供することになるであろう。という儲が得られる。しかもこれは自然放出のみさらに，回折格子や結晶などの分散性の素子を考慮した値である。しかし自然放出でこのよは，①と②を結びつける仲介役であるために，①うな大きな向をもっ場合，何らかの形で誘導放出が良ければ②をも良くするという展望が開かれるがおきると考えねばならない。この誘導放出によであろう。たとえば回折格子上の N 本の刻線を用り光が増幅されて，どの程度で飽和に達するかをいてえ/心 αN 程度の分解能を得るためには，それ見積る目安は，アンジュレータの周期数を N としらの刻線を全体として干渉的な光が照射せねばなたとき，パンチ内の長さ NÀ の部分に何個の電子が5らない。もし 10 以上の刻線を干渉的に照射するこいるかである。この数を ne とすると，上記 (3) の値とができれば，原理的には高分解能を軟 X 線領域はさらに九倍される可能性がある。逆に飽和によでも達成できるわけである。って，以上のように，①，②が良ければ，それだけでも新しい可能性しかも，革命的な波及効果をもつ

これを越えることはないと考えてもよい o

MR の場合 N =3000 とし，ピーク電流を 10 4 A とすると，ような新技術が展開されるであろう。
ne~6x1092.

(4)多光子干渉性の領域ヘさらに③の干渉性が大きくなると，どのようなとなるから，実に 10 15 のオーダーの n B が得られる研究が可能となるであろうか。すでに述べてきたことになる。さらにもしこれを何らかの顕微技ように光の輝度が高くなるとそれに比例してボー術で，縦横ともに 100 分の l に縮小したとする。

ズ縮重度 h が大きくなる。しかもこれは保存量でこの時，前号で示した式を用いて電場を求めるとあるから，最初から大きな値をもつことが重要でFhυ¥Ej/1¥(E2)l/2~ 104volt!入ある。次に，実際の遷移は， n B にモード数(または立体角)を乗じた量に比例しておきる。したがって通常，ビームを収束すると遷移は起りやすくという，なり，また光子数の平方根に比例して電場も強くとてつもない値が得られるのである。

さすがに，このような多量の光子を放出すると~92-

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蓄積ビームは不安定になるので安定度を回復してかと言えば，やらねばならない。そのためには上記のようなア大きく，それこそ振動子が一回も振動しないうちンジュレータはバイパスとして設計し放射減衰に電子を瞬時に加速して励起してしまうからであ時間の数倍程度の周期でバイパスをとおすのがよる。

いであろう。あるいは全く発想を変えて直線加速(5) で示したように，電場がきわめて内殻励起における電子相互作用を研究する立場器を用いるのがよいかも知れない。

からは，このような相互作用が見えないというのは都合の悪い話かも知れない。しかしそれは，従3.

多光子の世界で何が変るか

来の分光学のワク内にとらわれた発想でしかな多光子の世界は可視光の領域で知りつくされてい。もちろん，これまでのような微弱な光を摂動いると多くの人は考えるであろう。しかし，としてとり扱えるような状況における研究が終っ

YUy.SX のような内殻励起をともなう現象に興味たとは筆者は思わない。通常の意味での分光学でをもっ人々にとっては，もまだまだやることが残されているしいかに強これは一つの大きな夢を与えるものである。

い光源が現れても，多分，従来の分光学は生き続内殻励起を扱っている人々ならば Auger 過程は，けるであろう。

ごく普通におきる過程であることは良く御存知であろう。しかも，浅い内殻に対しては，さて，今考えている多光子の状況では，放射過Auｭ程に比べて電子関相互作用による運動は，きわめger による緩和の確率九が，自然放射による緩和てゆっくりと断熱的におきることになる。たとえの確率九よりも大きく，深い内殻については，こば，通常の電子選移に対して格子振動が断熱的での確率が逆転することが知られている。そこであるように，電子間相互作用による運動が光の吸今，収・放射過程に比べて断熱的であるような状況がlOOÅ 程度の光を考えてみると，通常 P A のほうが P R よりもはるかに大きくなっている。

生ずるのである。このような状況は従来の分光学

ところが非常に大きな叫に対しては事情は一変で記述される状況とは大変異なっている。電子は

P A>>P R となるのは自然放出すなわち ，llB

まず，強い放射場によって“ dress" されている。ことのような電子が断熱的に弱い力を受けて電子間相する。

が 1 程度以下の場合の話である。もし llB ~ 1015互作用による遅い運動を行うのである。

なればここで注意せねばならないのは，電子が“ dress"PA<<PR(6)されるためには不自由でなければならないという点である。自由な電子は放射場と結合しないからとなる。すなわち ，Auger 緩和などは事実上，全である。したがって不自由な電子が完全に自由にく起きないと考えてよい。放射をともなう過程がなった時には，この“ dress" は完全にはぎとられ圧倒的に大きな確率で起きるのである。

る。このようなことは，標的となる原子の密度が話はせまい意味での Auger 過程にとどまらな低いときにはいつも生ずるであろう。すなわち電い。電子間のクーロン相互作用や，交換相互作用子は，原子の束縛から離れるに従って“ undress" さなどの，れるのである。

リアルな光子をともなわない相互作用を媒介とした緩和過程は，放射過程に比べて完全にしかし標的の密度が大きくなると少し事情が無視できるようになる。シェイク・アップ(ダウってくるであろう。すなわち，放射場と物質とン)やスクリーニングといった過程も完全に無視の大きな相互作用によって光の位相速度が真空中できるようになる。なぜこのようなことが起きるの光速度より遅くなってくるのである。このよう‑93‑

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な場合は自由電子といえども放射と相互作用すであろう。この移動があまりに早いために 6 ケのる。光の位相速震が真空中の光速度より遅いのは電子は核が存在しなくとも，原子内にあったよう何らかの形で縦波を含んでいるからである。

な球形を保っているであろう。次の瞬間，この 6不自由な電子ほど“ dress" されやすいという状況

ケの電子のかたまりは再び強い力で核にひきもどは内殻を標的にした場合にきわめて有利に作用すされ，通過し反対側にふられるであろう。もちる。そしてこの結果を，電子のエネルギー準位でろん，表すと，準位聞の混合によって新しい準位が形成関数の描像ではない。波動関数で表すと，単に電されると言うことができょう。簡単のために 2 準場ベクトル方向にそって核を中心にした電子の雲系の準位，になってしまうであろう。しかしここで重要な

11> および 12> を考えて見る。放射場がこのような描像は，定常状態としての波動ことは，電場が非常に強いために，系の分極は古強いとこの 2 準位は混合したとえば典的な描像に近づいて行き，時間領域で系の変化|ψ1> 口( 11> ー 12>)j [
21ψ2> =(11>+12>)
jムを波束を用いて記述すると，上記のように表現で(7)きるのである。

このようなことをくり返しているうちに，6ケという新しい準位を作るであろう。しかもこの新の電子の球の半径は，クー口ン反発力で次第に大しい準位のエネルギー分裂は，初めの 11> およびきくなるであろう。そしてこの半径が大きくなる

12> の間のエネルギ一分裂より大きく，しかも放と電子は核の引力を受けにくくなり自由になって射場が強いほど増大するであろう。このような準くる。自由になってくると電子は“ undress" され電位の変化は，I光学的シュタルク効果」と呼ばれる場の力を感じにくくなり再び核に近づくのもあるが，今考えている状況は，あまりにも電場が強いであろうが一般には再束縛されないように思えために，このエネルギー分裂の増大が数 lOOeV にる。実は，この辺のところは全く想像がつかなも達するというような「シュタルク効果J と呼ぶい。ましてや標的の密度が大きくなって，原子とにはあまりにも大きな効果を生じているのであ原子の間の結合が放射場を通して強くなっているる。

ような場合を想像するのは私の能力を越えていこのような 2 準位系が多数あったとすると，異る。

しまい，いつのまにか多準位系になってしまう。

象は，未知であるがゆえに興味深いものがある。

さすがに，このような単純化された系について

たとえば，一次元的な鎖状分子で，すべての電子は，すでに理論的取扱いもあるが，原子のようが了度原子間距離の整数倍だけ分子軸にそって移に，独立に存在する特に必ず連続準位をもつもの

動した状況などは f 考えるだけで夢をかきたてるが，集団として，強い放射場の中におかれたときといえる。もっと根本的には，あの「ビッグ・バの問題は，理論的にほとんどとり扱われていなン」直後の高密度光子状態は，他の素粒子に対し・'uvてどのような作用をしたのであろうか。地上の加筆者の私克により，あえて誤りを恐れずに想像

速器でできる実験では 7 線はきわめて微弱であっしたことは以下のようなことである。まずたとえて，とても高密度 7 線の状況は作れないであろばカ…ボンの原子 1 個を考えよう。これを強い電う。しかし宇宙の生成期にそのような状態があっ場の中におくと，すべての電子 (6 ケ)が，その位たということは，想像しでもよいであろう。いま置をおおよそ保ったまま核から数 lOÅ もはなれるのところ，現在の電波天文学においては，そのよ3。

いずれにしても，新しい状況において生ずる現、った 2 準位系は，放射場をつうじて強く結合して‑94‑

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うな証拠は見つかっていないようである。

ことはきわめて残念なことである。

ここに述べた夢は，地上の放射光を用いて，高放射光科学はあまりにも「各論科学J と思われ密度光子と他の複合粒子との間で何が起きるかにているフシがある。そのような面があることを筆ついてのシミュレーションという意味合いもある者は否定しないが，それを越えて，かも知れない。あえて言えば，高エネルギー物理夢を持っていることを内外にアピールすることが学や天文学のもつロマンに決して劣らないロマン重要であろう。あるいはまた，放射光科学の「応を持ち得るのではないかと考えている。

用科学」としての波及効果を強調することも必要もっと大きななことではあろう。しかし放射光科学のもっとも4.

最後に非科学的なことを基礎的なところ，さしあたっては応用や波及効果

放射光のコミュニティが(すべてとは言わなとはあまり関係のない知的探究の分野に口マンをい。少なくともその一部は)上記のような夢を持求めることは，今後，若い世代を放射光科学の分っているにもかかわず，しかも MR の放射光利用野にひきつけるうえで，きわめて重要なことでは計画が一度は，本学会としても推進する計画となないだろうか。これまで講座で述べてきたことがったにもかかわらず，高エネルギー・コミュニテそのような夢をかきたてる一助になれば幸いであィとの競合の中で，中断させられようとしている

る。

¥\遠山鞠

講演会テキスト

放射光フォーラム '93 I放射光が拓くミクロの世界」
主催日本放射光学会
体裁

B5 判，

116

定価

2， 000 円(送料込)

内容

1. X 線光学概論…・・・・・・・・・・・・・・・・ー‘・・・・・・・・・・・・・・ー・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

2. X 線顕微鏡装置….....・ H ・-……・・………………….......……….......

3. X 線顕微鏡の応用(生物観察)…・…………………………………

青木貞雄 (筑波大学物理工学系)
安藤正海(高エ研 PF)

篠原邦夫(都臨床医学総合研〉

4. LIGA マイクロマシン加工 …………………………………………

w.Menz (独カールスルーエ研〉

5. X 線望遠鏡光学(宇宙観察)…………………...・ H ・-…………一……

山下康11頃(宇宙研)6.

二宮健(目立中研)

マイクロピ…ム(分析への応用)

7. X 線縮小露光(超々 LSI)

申込先……………......…………一………

....・ H ・-…...・ H ・-……....・ H ・-………・・……

日本放射光学会事務局

干 112

文京区小石川 2

木下博雄 (NTI LSI 研)

3-4

川田ビルアイオニクス(栂内TEL 0
3‑3812‑0920 FAX 03‑3812‑3
997‑95‑