従来の100倍明るいX線ビームを作り出すX線ハーモニックセパレータ

March, 6, 2018, 和光--理化学研究所（理研）放射光科学総合研究センタービームライン開発チームの井上伊知郎基礎科学特別研究員、ビームライン研究開発グループの矢橋牧名グループディレクター、高輝度光科学研究センター光源基盤部門の後藤俊治部門長らの共同研究チームは、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（XFEL）施設SACLAにおいて従来よりも100倍明るいX線レーザビームを作り出すことに成功した。
　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、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チームは、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）のX線レーザから、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。
　研究成果は、Journal of Synchrotron Radiationオンライン版（2月28日付け）に掲載された。
(詳細は､www.riken.jp)