【研究分野】量子ビーム科学

【研究領域課題番号】15H02041 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Ｘ線集光 / 超精密加工 / 軟Ｘ線 / 軟X線 / Ｘ線ミラー / X線ミラー / 回転楕円ミラー / X線集光 / 高次高調波 / SPring-8 / 形状修正 / 放射光 / 応用光学 / 生産工学 / 顕微鏡 / Ｘ線 / 回転体ミラー / 軟X線集光 / 精密部品加工

【研究成果の概要】

様々なＸ線分析方法の性能の鍵を握る技術にＸ線集光がある。本研究では、Ｘ線の中でも波長1nm～10nmの軟X線領域を対象としたミラーによる集光技術の開発を目的としている。本研究では、回転体ミラーの形状精度を向上させるとともに、回転体ミラーを有効に活用することができるリング集光ミラーと回転体ミラーによる2段集光システムを提案した。
コンパクトな高次高調波軟Ｘ線光源を利用し、回転体ミラーの軟Ｘ線集光に関する基礎的な知見を蓄え、SPring-8において回転体ミラーを用いた軟Ｘ線集光システムを構築した。2段集光システムを完成させサイズ200nm以下の軟Ｘ線集光を確認した。

【研究の社会的意義】

ミラーによる軟X線集光システムは理論的な性能は高いが、その作製が困難であったため利用されていなかった。本研究により、ミラーの製造技術が大幅に進歩するとともに、実際に軟Ｘ線集光が実証され、今後、ミラーによる集光技術が普及すると考えている。その結果、多くのＸ線分析装置の性能が向上し、電池材料や半導体材料の新規開発に貢献する。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】41,340千円 (直接経費: 31,800千円、間接経費: 9,540千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】20246099 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

X線 / アルミニウム / イメージング / ウイスカー / タングステン / ターゲット / 冷陰極 / 平面 / 炭素 / 酸化物 / 銅 / 電子源 / 分解能 / 軟X線 / 生体

【研究成果の概要】

X線面光源を実現するにあたり、セラミックスウイスカーを代表とする無機系微小電子源を配列した数本のワイヤー型電子源をえて、さらに対向したターゲットからX線が電子源方向に放射(バックスキャッタ)するような新しいコンセプトのX線面光源(バックスキャッタ型X線源)を実現した。面光源から得られたX線により電子回路などのX線像が得られた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】44,070千円 (直接経費: 33,900千円、間接経費: 10,170千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】19340064 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

加速器 / 逆コンプトン散乱 / X線 / 軟X線 / 高品質ビーム / X線像 / 高輝度レーザー / 顕微鏡

【研究成果の概要】

レーザーフォトカソードRFガンから得られる電子ビームの大出力化のための、レーザーのマルチパルス増幅を実施した。具体的にはNd:YLFレーザーの基本波である1047nmの119MHzのIR光を特別に設計したモジュレータにより自在に切り出す事に成功した。これにより、今回、100パルスの大強度IRレーザーを後置の増幅器により生成し、その後非線形結晶により2倍高調波及び4倍高調波であるUV光へ変換することに成功した。また、衝突用のレーザー光を増幅するためにパルスレーザー蓄積装置を実現し、マルチパルスX線の発生に成功した。本研究において予備的ではあるが、生体のX線像を取得した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】原子力学

【研究領域課題番号】12480142 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

高品質電子ビーム / 時間同期 / 空間同期 / 高輝度レーザー / 逆コンプトン過程 / 高輝度軟X線 / ピコ秒 / 水の窓 / 逆コンプトン散乱 / 軟X線 / 電子ビーム / レーザー / 高周波電子銃 / X線顕微鏡 / X線

【研究成果の概要】

成果の概要
電子・レーザー間での逆コンプトン散乱を現実のものとするために、電子ビームの徹底した高品質化を目ざし、超低エミッタンス電子ビームを発生できる、レーザーフォトカソードRFガンシステムによる電子ビーム発生を行い、ピコ秒単パルス電子ビーム発生に成功した。また衝突用のレーザーシステムの安定化を実施し、基準信号に対する時間ジッターを0.26ピコ秒以下と、逆コンプトン過程を高度化するために必要な基礎開発に成功した。さらに、得られた電子ビームのエネルギー、エミッタンス等の重要な物理データを取得し、従来の電子ビーム装置より格段に高品質なビーム(具体的には、規格化エミッタンスで数mm・mradという、従来の熱電子銃で得られる値より一桁以上良好な値。)が得られることを確認した。また電子ビームのパルス長計測についても、ビームスペクトラム法という非破壊方式で、しかもオンタイムに計測が可能なシステムの開発も行った。その結果、5ピコ秒以上の電子ビームに対しては、高精度にパルス長を計測できるシステム開発に成功した。さらに、逆コンプトン散乱過程のシミュレーションを実施し、逆コンプトン過程による、X線発生の最適化を行った。これらデータを用いて、時間及び空間の同期を高精度に行うことのできる新しい発想の衝突用チェンバー(真空容器)を設計・製作し、実際のビームラインに設置した。また、この後、衝突用のレーザーのパワー増幅を含めた、全体システムの高度化を実施した。その結果、平成15年1月に真空中での軟X線(エネルギー300eV(エネルギー可変)、パルスあたりの高指数6000個、エネルギー幅1%)発生に生成に成功した。
ここで得られた軟X線は将来、生体観測用の軟X線顕微鏡への応用が可能であり、波及効果は極めて大きい。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】15,900千円 (直接経費: 15,900千円)