Proceedings of the 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 5-7, 2015, Tsuruga, Japan

PASJ2015 WEP122

レーザーCompton 散乱ガンマ線ビームを用いた磁気 Compton 散乱測定
MEASUREMENT OF MAGNETIC COMPTON SCATTERING BY LASER COMPTONSCATTERING GAMMA-RAY BEAM
山口 将志#, A)，武元 亮頼 A)，小泉 昭久 B)，
天野 壮 A)，橋本 智 A)，堀 史説 C)，宮本 修治 A)
Masashi Yamaguchi #, A), Akinori Takemoto A), Akihisa Koizumi B),
Sho Amano A), Satoshi Hashimoto A), Fuminobu Hori C), Shoji Miyamoto A)
A) LASTI,Univ.of.Hyogo, B) School of MS,University of Hyogo, C) Osaka Prefecture UniversityAbstract
LCS gamma ray source by NewSUBARU synchrotron radiation facility is gamma ray beam with the simple color of
the 1.7MeV which occurs by collision with the electron beam of 1GeV@300mA and a CO2 gas laser of 10.5 μm ofwavelength. Correction of general flux of LCS gamma source with shaking of an incident laser and measurement ofdegree of polarization were performed by measuring gamma ray scattered on 90 deg direction. Polarization of Laser
Compton Scattering (LCS) gamma ray preserves Polarization of an incident laser approximately 100 %.CircularPolarization of LCS gamma ray is changed by replacing quickly clockwise and counterclockwise circular Polarization.
I'm planning to use this nature and measure Magnetic Compton Scattering. It's observed how Plane of polarization changes
by the mirror system until the incident laser reaches a collision point with the electron beam.のガンマ線源を得ることができる。
・偏光保存
レーザー・コンプトン散乱では、発生したガンマ
兵庫県立大学高度産業科学研究所のニュースバル
[1]
放射光施設 では、放射光利用研究と同時に、レー 線の偏光は、入射レーザーの偏光を保存し、コリザー・コンプトン散乱の発生と利用研究 [2]を行って メータで散乱角を制限することで、ほぼ 100%の偏きた。エネルギー0.5 GeV~1.5 GeV の電子を約 120m 光となる。そのため直線偏光や円偏光などの様々なの蓄積リング内に反時計回りに蓄積できる。BL01 偏光のガンマ線を発生できる。
このような特性を持つガンマ線を利用し、ガンマでは、この電子ビームを利用し、レーザー・コンプ
トン散乱によるガンマ線領域の線源の研究を行って 線領域では確認されていない磁気コンプトン散乱試[4-6]
いる[3]。Table.1 にニュースバル放射光リングのパラ 験 を行う。ガンマ線による磁気コンプトン効果のメ ー タ を 示 す 。 1.0 GeV に お い て は 、 蓄 積 電 流 利点は、直線偏光の CO2 レーザーをλ/4 波長版で300mA の Topup 運転を行っている。現在、BL01 で レーザーの左右円偏光を入れ換えることで、ガンマは、波長 1.06 μm の Nd:YAG レーザー、波長 1.55 線の円偏光を入れ替えることができる点、X 線に比μm の Er:fiber レーザー、波長 10.5μm の CO2 レー べ磁気コンプトン効果が大きい点である。また、いザーを利用できる。電子エネルギー1 GeV において、 ままで蓄積リングの電流の低下により、偏光ガンマそれぞれのレーザーにおけるレーザー・コンプトン 線の Fulx の定量的な測定が困難だったが、Topup 運[7]
散乱のガンマ線エネルギーは 17 MeV, 11.5 MeV, 1.73 転及び、フラックスモニター の導入によりこれを可能にした。円偏光ガンマ線との試料の電子との磁MeV となる。
気コンプトン散乱強度は電子スピンの方向に依存す
ガンマ線の特徴としては以下の点が挙げられる。
るため、強度測定のみで試料の磁化率が評価できる。
・エネルギー可変蓄積リングの内を回る電子のエネルギー、または、Table 1: NewSUBARU Synchrotron Parameters
入射レーザーの波長を変えることでガンマ線源のエネルギーを変えることができる。
・高指向性
レーザー・コンプトン散乱は電子が相対論領域の速度を持つため、発生したガンマ線源は前方に 1/γの角度内に散乱され、ガンマ線進行方向に鋭く集中した分布になっている。
・準単色性発生したガンマ線のエネルギーは散乱角に依存する。それをコリメータで角度制限することで準単色

1.

はじめに

___________________________________________# ym731@lasti.u-hyogo.ac.jp- 838 -

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磁気コンプトン散乱強度測定

磁気コンプトン散乱強度は試料の磁化方向、散乱方向、偏光ガンマ線の円偏光度に依存する。また、コンプトン散乱強度に比べ、磁気コンプトン効果は数％であり、ガンマ線の Flux を正確に測定する必要が有る。Fig.1 に磁気コンプトン散乱強度測定配置を示す。

スモニターにより規格化されている。磁気コンプトン効果(%)は磁気コンプトン散乱強度を磁場のないコンプトン散乱強度で割ることで求めることができる。本研究での磁気コンプトン効果は 3~5%である。
ピーク幅は 4d 軌道電子の運動量により決まるので、コンプトン散乱のピーク幅より小さい。

Figure 2 (a): Measured spectrum by Ge detector.

Figure 1: Layout of Magnetic Compton scatteringexperiment.
Fig.1 において CO2 レーザーを入射し、1GeV@300mA の電子ビームと衝突させ 1.7 MeV のガンマ線を発生させる。ガンマ線はφ3 mm の鉛でコリメートされ、90°コンプトン散乱を用いたフラックスモニターであるアクリル樹脂を通過し、試料である Fe に入射する。フラックスモニターはアクリル樹脂からの 90°コンプトン散乱を垂直方向、水平方向に設置された 3in NaI detector で測定することでガンマ線の Flux を測定するものであり、その測定誤差は 1%未難である。Fe 試料とガンマ線との衝突面はガンマ線に対しして 165°傾けた。Fe 試料での散乱光を、ガンマ線に対して 150°方向に設置した Ge detectorで検出し磁気コンプトン散乱を測定する。Fe 試料上の N-S は磁場の方向を表す。磁場は C 型の電磁石に定電流を流し試料に掛ける。ガンマ線の偏光を固定し、試料にかける磁場の方向を変えることで磁気コンプトン効果を測定する。磁気コンプトン散乱強度
は Fe の 4d 電子スピンと円偏光ガンマ線との相互作用により、コンプトン散乱強度に変化を与える。
Fig.2(a)に Ge detector で測定したバッググラウンド(BG)及び、散乱強度スペクトルを示す。
測定時間は 3000s であり、黒線はガンマ線なしでの BG、赤線は円偏光ガンマ線による散乱スペクトルである。511keV に対消滅ガンマ線、236keV に150°の散乱ガンマ線、100keV 付近のピークは Pb の蛍光 X 線である。円偏光ガンマ線と電子スピンとの作用で 236keV ピークが減少または、増加する。
Fig.2(b)に磁気コンプトン散乱強度を示す。磁気コンプトン散乱強度は Fe 試料に磁場をかけた状態と磁場をかけない状態での散乱スペクトルの差で求まる。
それぞれの Fe に入射するガンマ線の強度はフラック

Figure 2 (b): Net spectrum of magnetic compton scattering.

3.

磁気コンプトン散乱を用いた Fe ヒステリシス測定

Fe にかける磁場を変化させ、円偏光ガンマ線で磁気コンプトン散乱強度を測定した。Fig.3 に Fe のヒステリシス測定の結果を示す。
横軸は電磁石に流した電流(A)であり、縦軸は磁気コンプトン効果(%)を表す。A＞0 は N-S 方向に、
A＜0 は N-S 方向に磁場がかかっている。丸赤、四角
青は右回りの円偏光ガンマ線、ひし形緑は左回りの円偏光ガンマ線での測定値である。左右の円偏光を比較すると対称なヒステリシが確認できる。左右の円偏光ガンマ線で確認されるヒステリシスの概形を薄紫線、薄緑線で表している。各点の Counts 数はコンプトン散乱ピークの 200~300keV の Counts を積分して求めている。青、赤は別の日の測定である。右回り円偏光と、左回り円偏光の磁気コンプトン散乱強度の最大値の差は、ガンマ線の円偏光度の差を表す。磁気コンプトン散乱強度の変化計測の本結果が正しいとすると、右回り円偏光のガンマ線の円偏光度は約 Pc=0.5、左回りの円偏光のガンマ線の偏光度は約 Pc=0.7 となる。他の手法でのガンマ線の偏光度- 839 -

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年会,リンクステーションホール青森,8 月 9-10 日の計測による検証が必用である。それぞれのヒステ(2014).
リシスにおいて、A=0 での残留磁束密度が確認でき[2] 宮本修治他,"蓄積リングレーザ Compton 散乱ガンマ線る。また、A=1, -1 で磁束密度が飽和し、A＞1, A＜に よ る 利 用 研 究 ", 本 年 会 プロシーディングス,1 ではほぼ磁気コンプトン効果に変化が確認されな
SAPO14 第 11 回日本加速器学会年会,リンクステー
い。ヒステリシスは反転しているが、形が異なって
ションホール青森,8 月 9-10 日 (2014).
いる。現在この理由は不明であるが、計測システム [3] H.Utsunomiya, T.Shima, S.Miyamoto, et,al., “Energy Ca
libration of the NewSUBARU Storage Ring for Laserの検証と、さらに精度を上げた計測が必要と思われCompton-Scattering Gamma Ray and Application”, IEEる。
E TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE vol.61,
偏光ガンマ線による、磁気コンプトン効果で Fe
No.3(2014).のヒステリシスが測定された。円偏光反転させて計 [4] 坂井信彦他, ”シンクロトロン放射光による磁気コンプト ン 散 乱 ”, 応 用 物 理 学 会 ,Vol.61, No.3, pp.226測したヒステリシス端での磁気コンプトン散乱強度
233(1992).の差は、ガンマ線の円偏光度が異なっていたために[5] 伊藤真義他, ”BL08W 高エネルギー非弾性散乱”, SPring生じたと考えられる。物性研究に利用するために、
8,大型放射光施設の現状と高度化, pp 54-55.
磁気コンプトン効果の計測精度を上げる必要があり、 [6] Malcolm Cooper, et, al., “X-ray Compton Scattering”, 5
そのために、レーザー及び、偏光ガンマ線源の円偏The processing of experimental data, 10 Spin-dependent Compton scattering, pp.133-151, pp.289-299.
光度の改善と正確な評価が必要である。
[7] Y.Kitagawa, et al., “レーザーコンプトン散乱ガンマ線源用フラックスモニターの開発”, 本年会 プロシー
ディングス, THPS121, (第 9 回日本加速器学会, 大阪大学, 2012.8.8-11).

Figure 3: Fe Hysteresis of clockwise and counterclockwise
circular polarized gamma ray.

4.

まとめ

レーザー・コンプトン散乱ガンマ線源の特徴である入射レーザーの偏光保存を利用し、ガンマ線領域では測定されていない磁気コンプトン効果の測定を行った。また、困難だったガンマ線 Flux のモニターを 90°コンプトン散乱を測定することで可能にした。
円偏光ガンマ線の偏光に対して、 Fe のヒステリシスが変化することが確認できた。これを利用し、偏光未知ガンマ線の円偏光度評価測定、また、物性研究に利用したい。磁気コンプトン効果を上げ、計測精度を上昇させるために、ガンマ線源の円偏光度の改善と正確な評価が必要である。

参考文献[1] 宮本修治他,"ニュースバル放射光施設の現状",本年会
プロシーディングス, FSP018 第 11 回日本加速器学会- 840 -