理研,従来の100倍明るいX線の取出しに成功

理化学研究所(理研)の研究グループは,新しいX線光学技術「ハーモニックセパレーター」を考案・開発し,X線自由電子レーザー(XFEL)施設SACLAにおいて従来よりも100倍明るいX線レーザービームを作り出すことに成功した(ニュースリリース)。

大型放射光施設「SPring-8」など従来のX線光源は,放射されるX線の波長が多岐にわたるため,分光器を通して,特定の波長のX線のみを抽出している。しかし,2結晶分光器を通すとX線のバンド幅は元の0.01%程度に小さくなるため,X線の強度が落ちる。

一方で,近年,世界各所で建設・運用が進められているXFELや次世代放射光といった最先端X線光源では,ある特定の波長とその近傍の波長のX線が強く放射される。このとき,各波長のバンド幅は1%。分光器を通さずに,1%というバンド幅を維持したまま特定波長のX線を抽出できれば,より高強度のX線の利用が可能になる。

今回,研究グループは,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考案した。この方法ではまず,X線を全反射ミラーに入射して,抽出波長よりも短波長のX線を取り除く。さらに,プリズムを通した後にスリットを使って,抽出波長よりも長波長のX線も除去することで,分光器を通すことなく特定波長のX線を抽出することに成功した。

この光学技術を使って研究グループは,SACLAから放射された光子エネルギーが10keV(波長約0.124nm)のX線レーザーから,2次高調波の20keV(約0.062nm)や3次高調波の30keV(同約0.041nm)のX線レーザーの抽出を試みた。その結果,分光器を使った従来のSACLAの高調波光と比較して,約100倍の強度の高調波X線レーザービームを作り出すことに成功した。

今後,開発した光学技術をXFELや次世代放射光と組み合わせることで,従来よりも2桁以上明るいX線の利用が可能になり,X線計測の飛躍的なハイスループット化や高速化の実現が期待できるとしている。

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