JP2003043198A - X線発生方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
集光照射することによりプラズマを発生させ連続X線を
発生させることができるX線発生方法およびその装置を
提供する。 【解決手段】 CsCl,RbClなどの高濃度電解質
水溶液をポンプ2で循環させ、ガラスノズル3によりジ
ェット状に噴出させたその高濃度電解質水溶液膜表面に
フェムト秒レーザーパルス6を対物レンズ7を介して集
光照射することによりパルスX線を発生させることがで
きる。
Description
その装置に係り、特に、液体をターゲットとしてレーザ
ーを照射することにより発生するプラズマからのX線発
生方法及びその装置に関するものである。
上で、光源の汎用化小型化は必須であるが、従来のパル
スX線発生の場合は、いずれも真空チャンバー内にある
金属箔や希ガスジェットをターゲットとする手法であっ
た。本願発明者らはこれらに代わり大気圧下で利用可能
なパルスX線光源の開発及びその利用をめざして実験を
行っている。
させたピコ秒パルスX線を励起光とした時の有機分子固
体の蛍光挙動に関して、X線励起に特徴的な元素依存性
を見い出している〔畑中他、光化学討論会2000講演
要旨集、2A29(札幌2000)〕。
のX線発生装置には真空系が付随していたり、真空封入
の状態で使用されることになり、真空環境が不可欠であ
った。
ラズマからのX線発生では、アブレーション現象のため
に長時間の安定なX線の発生ができなかった。また、タ
ーゲットの再利用も不可能であった。
ゲットとして空気中でレーザーを集光照射することによ
りプラズマを発生させ連続X線を発生させることができ
るX線発生方法及びその装置を提供することを目的とす
る。
成するために、 〔1〕X線発生方法において、大気中で電解質水溶液の
流れを作り、これにレーザー光を集光照射して前記電解
質水溶液中にプラズマを発生させ、おもに電子軌道がイ
オン核で曲げられる際のエネルギー損失による制動輻射
として連続X線を発生させることを特徴とする。
いて、レーザー光の強度を変化させることにより、X線
の発光強度を変えることを特徴とする。
いて、前記電解質水溶液の種類を変化させることによ
り、X線のスペクトル形状を変えることを特徴とする。
いて、前記電解質水溶液の濃度を変化させることによ
り、X線の発光強度ならびにスペクトル形状を変えるこ
とを特徴とする。
解質水溶液の流れを供給する手段と、前記電解質水溶液
の流れにレーザー光を集光照射する手段と、前記電解質
水溶液中にプラズマを発生させ、おもに電子軌道がイオ
ン核で曲げられる際のエネルギー損失による制動輻射と
して連続X線を発生させる手段とを具備することを特徴
とする。
いて、前記電解質水溶液がCsCl、RbClであるこ
とを特徴とする。
て詳細に説明する。
の模式図である。
る容器、2はその電解質水溶液を汲み上げるポンプ、3
はガラスノズル、4は溶液ジェット膜、5は電解質水溶
液を回収する漏斗、6はフェムト秒レーザーパルス(C
lark MXR.,CPA−2001)、130fs,
775nm,1kHz,<1mJ/pulse、7は対
物レンズ(ミツトヨM Plan Apo 10),N
A=0.28、8はGeエネルギー分析器(EG&G
Ortec、GLP−25440−S、感度領域3ke
V以上)、9はコンピュータ、10はX線イメージイン
テンシファイアー(浜松ホトニクス,V7739P)、
11はCCDカメラ(ソニー XC−7500)、12
はストリークカメラ(浜松ホトニクス,C2830)で
ある。
て、CsCl,RbClなどの高濃度電解質水溶液をポ
ンプ2で循環させ、ガラスノズル3によりジェット状に
噴出させたその高濃度電解質水溶液膜表面にフェムト秒
レーザーパルス6を対物レンズ7を介して集光照射する
ことによりパルスX線を発生させた。
スペクトルをGeエネルギー分析器8により測定したと
ころ、およそ40keV以下のX線が発生していること
がすでに明らかとなっている。
ト秒レーザーパルス6を対物レンズ7を介して集光照射
することにより、パルスX線を発生させ、そのパルスX
線のイメージをX線イメージインテンシファイアー10
により撮影するとともに、ストリークカメラ12により
可視・紫外光領域においてピコ秒時間分解発光分光測定
を行った。
を可能にするとともに、水溶液をポンプで循環すること
で常に清浄なターゲット表面を供給することができ、ま
た用いる水溶液も繰り返し利用することが可能となるこ
とで、長時間の安定なX線の発生が可能となった。
溶液面で発生するパルスX線の光源像ならびにストリー
ク像である。
の場合、図2(b)は高濃度の塩化鉄などの水溶液の場
合、図2(c)は波長に対する経過時間特性図である。
に、電解質(塩化鉄など)の水溶液の濃度の増加に伴い
液面内部からのX線強度が低下しているが、これは金属
イオンなどによる再吸収がその原因と考えられる。ま
た、図2(c)に示すように、発光挙動をみると、時間
の経過とともに発光ピーク波長が長波長側にシフトして
いくのが観測されている。これは制動放射に基づく発光
と考えられ、より早い時間域でX線が発生し、その後、
時間とともにプラズマ温度が低下していることを示唆す
る結果と考えられる。
放射スペクトルを示す図である。
(ここで、Lはリットルを示している)において、レー
ザ強度をa:0.46mJ/パルス、b:0.41mJ
/パルス、c:0.36mJ/パルス、d:0.33m
J/パルスの場合のX線放射カウントを示しており、a
の場合は電子温度Te=7.4keV、bの場合は電子
温度Te=4.3keV、cの場合は電子温度Te=
3.0keV、dの場合は電子温度Te=2.4keV
となっている。なお、電子温度Teが高いと、全体平均
としての電子のエネルギーが高い。
強度を変化させることにより、X線エネルギーの強度を
変えることができることがわかる。
X線放射スペクトルを示す図である。
ol/L、bはRbClの4.1mol/LでのX線強
度を示している。
の種類を変化させることにより、X線エネルギーの強度
を変えることができることがわかる。
放射スペクトルを示す図である。
り、aはCsCl6.5mol/L,bは3.3mol
/Lに対するX線強度を示している。
の濃度が高いとX線放射スペクトルは高く、CsCl溶
液の濃度が低いとX線放射スペクトルは低いことがわか
る。つまり、溶液の濃度を変化させると、X線エネルギ
ーの強度を変えることができることがわかる。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
ともに、長時間安定なパルスX線を供給することが可能
となることから、時間分解X線回析法など、時間を要す
る測定法のための光源として利用が考えられ、材料開発
や生物科学の分野に多大な貢献をすることができる。
られる。なお、従来のX線発生方法では特性X線ピーク
が混在するが、本発明では特性X線ピークが混在しない
エネルギー域で連続(白色)X線を得ることができる。
ある。
生するパルスX線の光源像ならびにストリーク像であ
る。
トルを示す図である。
ペクトルを示す図である。
トルを示す図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 大気中で電解質水溶液の流れを作り、こ
れにレーザー光を集光照射して前記電解質水溶液中にプ
ラズマを発生させ、おもに電子軌道がイオン核で曲げら
れる際のエネルギー損失による制動輻射として連続X線
を発生させることを特徴とするX線発生方法。 - 【請求項2】 請求項1記載のX線発生方法において、
レーザー光の強度を変化させることにより、X線の発光
強度を変えることを特徴とするX線発生方法。 - 【請求項3】 請求項1記載のX線発生方法において、
前記電解質水溶液の種類を変化させることにより、X線
のスペクトル形状を変えることを特徴とするX線発生方
法。 - 【請求項4】 請求項1記載のX線発生方法において、
前記電解質水溶液の濃度を変化させることにより、X線
の発光強度ならびにスペクトル形状を変えることを特徴
とするX線発生方法。 - 【請求項5】(a)大気中で電解質水溶液の流れを供給
する手段と、(b)前記電解質水溶液の流れにレーザー
光を集光照射する手段と、(c)前記電解質水溶液中に
プラズマを発生させ、おもに電子軌道がイオン核で曲げ
られる際のエネルギー損失による制動輻射として連続X
線を発生させる手段とを具備することを特徴とするX線
発生装置。 - 【請求項6】 請求項5記載のX線発生装置において、
前記電解質水溶液がCsCl、RbClであることを特
徴とするX線発生装置。
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