広報活動

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2018年3月1日

理化学研究所
高輝度光科学研究センター

X線ハーモニックセパレーター

-従来の100倍明るいX線ビームを作り出す新技術-

ハーモニックセパレーターの仕組みの図

図 ハーモニックセパレーターの仕組み

1895年のレントゲンによるX線の発見以来、科学者たちはより明るい高強度なX線を求めてさまざまな光源を開発してきました。約60年前、放射光(ほぼ光速で直進する電子が、その進行方向を磁石などによって変えられ発生する電磁波)をX線光源に利用して以降、さまざまな改良や進化が重ねられ、その明るさは飛躍的に増大してきました。

現在、大型放射光施設「SPring-8」などのX線光源は、放射されるX線の波長が広いため、分光器を通して特定の波長のX線のみを抽出しますが、バンド幅が元の0.01%になるため強度が落ちます。一方で、最先端X線光源では分光器を使わず、ある特定波長とその近くの波長のX線が強く放射され、各波長のバンド幅は元の1%ですむという長所があります。

今回、理研を中心とした共同研究チームは、全反射ミラーとX線プリズムを組み合わせた「ハーモニックセパレーター」という光学技術を開発しました。ハーモニックセパレーターではまず、X線を全反射ミラーで抽出波長よりも短波長のX線を取り除き、さらにプリズムを通した後にスリットにより、長波長のX線も除去することで、目的のX線を抽出します(図参照)。実際に、X線自由電子レーザー施設「SACLA」から放射された光子エネルギーが10keV(波長約0.124ナノメートル、1nmは10億分の1m)のX線レーザーから、20keV(約0.062nm)や30keV(同約0.041nm)のX線レーザーを抽出しました。その結果、分光器を使った従来のSACLAの光と比較して、約100倍の強度のX線レーザービームを作り出すことに成功しました。

今後、開発した光学技術をX線自由電子レーザーや次世代放射光と組み合わせることで、X線計測の飛躍的なハイスループット化や高速化が期待できます。

理化学研究所
放射光科学総合研究センター XFEL研究開発部門 ビームライン研究開発グループ ビームライン開発チーム
基礎科学特別研究員 井上 伊知郎(いのうえ いちろう)

放射光科学総合研究センター XFEL研究開発部門 ビームライン研究開発グループ
グループディレクター 矢橋 牧名 (やばし まきな)