理研,横滑りX線導波管を開発

理化学研究所(理研)の研究チームは,大型放射光施設「SPring-8」を使い,結晶の歪みでX線を制御する「X線導波管」の開発に成功した(ニュースリリース)。

X線は物質を透過しやすい性質から,医療や科学研究で重要な役割を果たしている。しかし,その高い透過性のため,可視光用の鏡やレンズではX線をうまく操ることができない。X線をきれいに効率よく操るためには,高い精度で加工された専用の光学素子が必要となる。また,それらの使い方にもさまざまな工夫が必要となる。

これらの事情から構築できるX線光学系の自由度は可視光のそれと比べるとかなり低いため,結果として多くのX線実験はさまざまな制約を受けている。そこで,X線を制御する新しい手法が求められていた。

今回,研究チームは歪んだシリコン単結晶に,「ブラッグの条件」付近で照射したX線の軌跡と向きの変化を調べた。その結果,光が持つ波としての性質が結晶の歪みで強調され,X線の向きは変わらず位置だけが大きくずれる現象(横滑り現象)を発見し,先行する理論研究の実証へとつながった。

この現象を応用することで,結晶の歪みを最適化してX線ビームの軸を任意に平行移動(横滑り)できるX線導波管を開発した。さらに,圧電素子を振動させて結晶試料の歪みを任意に変動させることで,出射するX線のオン・オフを電気的に切り替える光スイッチとしての動作にも成功した。

この技術により,光ファイバーのように結晶を通じてX線を伝送することが可能となり,将来的にさまざまな放射線・X線実験における手法および戦略の拡充へとつながる可能性が期待されるという。

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