多色Ｘ線発生装置
【課題】 複数（２種または３種以上）の単色硬Ｘ線を、血管が動いていないとみなせる程度の短い時間間隔で順次切換えて発生することができ、かつ血管造影等に適用可能な強力なＸ線を発生させることができる多色Ｘ線発生装置を提供する。
【解決手段】 電子ビームを加速してパルス電子ビーム１を発生し所定の直線軌道２を通過させる電子ビーム発生装置１０と、波長の異なる複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを順次発生する複合レーザー発生装置２０と、複数のパルスレーザー光を直線軌道２上にパルス電子ビーム１に対向して導入するレーザー光導入装置３０とを備え、複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを直線軌道２上でパルス電子ビーム１に順次正面衝突させ、２種以上の単色硬Ｘ線４（４ａ，４ｂ）を発生させる。
【解決手段】 電子ビームを加速してパルス電子ビーム１を発生し所定の直線軌道２を通過させる電子ビーム発生装置１０と、波長の異なる複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを順次発生する複合レーザー発生装置２０と、複数のパルスレーザー光を直線軌道２上にパルス電子ビーム１に対向して導入するレーザー光導入装置３０とを備え、複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを直線軌道２上でパルス電子ビーム１に順次正面衝突させ、２種以上の単色硬Ｘ線４（４ａ，４ｂ）を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種以上の単色硬Ｘ線を短い時間間隔で順次切換えて発生する多色Ｘ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は波長が約０．１〜１００Å（１０−１１〜１０−８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線（１０〜１００ｋｅＶ，λ＝１〜０．１Å）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（０．１〜１０ｋｅＶ，λ＝１００〜１Å）を軟Ｘ線という。また、物質に電子線などを当てた時に、物質の構成元素固有の波長をもつＸ線を特性Ｘ線という。
【０００３】
Ｘ線を用いた装置としてＸ線透過装置、Ｘ線ＣＴ装置、Ｘ線回折装置、Ｘ線分光装置等が、医療、生命科学、材料科学など広い分野で利用されている。例えば、心筋梗塞の治療には、５０ｋｅＶ程度のＸ線を用いた冠状動脈血管造影（ＩＶＣＡＧ）が一般に行なわれている。また、Ｘ線ＣＴ装置は、測定する物体に異なる方向からＸ線を照射してその吸収を測定し、コンピュータによって画像を再構築して物体の二次元断面画像を得る装置である。
【０００４】
Ｘ線の発生源としては、Ｘ線管とシンクロトロン放射光が広く知られている。
Ｘ線管は、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高電圧で加速して金属陽極（ターゲット）に衝突させて、Ｘ線を発生させる装置である。Ｘ線管から発生するＸ線は、電子の制動放射による連続Ｘ線と、輝線スペクトルである特性Ｘ線とからなる。連続Ｘ線は特定の波長のＸ線を必要としない用途、例えば医療用や工業用の透過法の光源として用いられる。また特性Ｘ線は、特定の波長のＸ線を必要とする用途、例えばＸ線回折や蛍光Ｘ線分光等に用いられる。
【０００５】
一方、シンクロトロン放射光（ＳＲ光）は、環状加速器（シンクロトロン）において、光速に近い速度まで加速した電子ビームの軌道を強力な磁石で変化させ、その軌道変化の際に発生するＸ線である。ＳＲ光は、Ｘ線管に比べて桁違い（１０３倍以上）に強力なＸ線源であり（例えばＸ線強度（光子数）：約１０１４ｐｈｏｔｏｎｓ／ｓ、パルス幅：約１００ｐｓ）、高いＸ線強度を必要とする分野で用いられる。
【０００６】
しかし、シンクロトロンを用いた放射光施設は、シンクロトロンの長径が例えば５０ｍ以上、軌道長が１００ｍ以上に達する大型設備であるため、研究や医療用であっても容易には導入できない問題がある。そこで、小型の線形加速器を用いた小型Ｘ線発生装置が提案されている（例えば非特許文献１）。
【０００７】
一方、従来のＸ線ＣＴ装置では、放射光から単色硬Ｘ線を得る手段として２枚の結晶板からなるモノクロメータを用いている。また、単色Ｘ線ＣＴ装置では電子密度の測定精度が低いため、主波と高調波の混合比が異なる２種類のＸ線を用いる混合２色Ｘ線ＣＴ装置が提案されている（例えば非特許文献２）。
【０００８】
また、その他に２種類のＸ線を発生させる手段として、特許文献１、２が既に開示されている。
【０００９】
非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」は、図４に示すように、小型の加速器５１（Ｘバンド加速管）で加速された電子ビーム５２をレーザー５３と衝突させてＸ線５４を発生させるものである。ＲＦ電子銃５５（熱ＲＦガン）で生成されたマルチバンチ電子ビーム５２はＸバンド加速管５１で加速され、パルスレーザー光５３と衝突する。コンプトン散乱により、時間幅１０ｎｓの硬Ｘ線５４が生成される。
この装置は、一般に線形加速器で用いられるＳバンド（２．８５６ＧＨｚ）の４倍の周波数にあたるＸバンド（１１．４２４ＧＨｚ）をＲＦとして用いて小型化を図っており、例えばＸ線強度（光子数）：約１×１０９ｐｈｏｔｏｎｓ／ｓ、パルス幅：約１０ｐｓの強力な硬Ｘ線の発生が予測されている。
【００１０】
非特許文献２の「混合２色Ｘ線ＣＴ装置」は、図５に示すように、回転フィルター６１、モノクロメータ６２、コリメータ６３、透過型イオンチェンバー６４、散乱体６５、スライド・回転テーブル６６、ＮａＩ検出器６７、及びプラスチックシンチレーションカウンター６８を備え、シンクロトロン放射光６９ａからモノクロメータ６２により４０ｋｅＶの主波Ｘ線と８０ｋｅＶの２倍高調波Ｘ線を抽出し、回転フィルター６１により４０ｋｅＶＸ線と８０ｋｅＶＸ線の混合比を調整し、散乱体６５からの散乱Ｘ線スペクトルをＮａＩ検出器６７で観察して混合比を測定し、コリメータ６３で混合２色Ｘ線６９ｂのサイズを整形し、透過型イオンチェンバー６４および被写体６０を透過させ、プラスチックシンチレーションカウンター６８で強度を測定するものである。
この装置により、電子密度の測定精度を高めるとともに、電子密度および実効原子番号のイメージ像の作成に成功している。
【００１１】
特許文献１の「Ｘ線発生装置」は、図６に示すように、一部が相互に共有された複数の周回電子軌道を画定し、該軌道の共有部分に、電子ビーム７１のエネルギーを増減させる加速器７２が配置されたマイクロトロン７３と、前記マイクロトロンの周回電子軌道に電子ビーム７１を入射させる電子ビーム源７４と、前記マイクロトロンの軌道の共有部分を飛翔する電子に衝突するようにレーザービーム７５を出射するレーザー光源７６とを有するものである。
【００１２】
特許文献２の「Ｘ線発生装置」は、図７に示すように、パルス状電子ビーム８１を出射する電子ビーム源８２と、前記電子ビーム源から出射されたパルス状電子ビームに衝突するように、パルス状電子ビームの出射に同期させて、パルス的に第１及び第２のレーザー光８３Ａ，８３Ｂを出射するレーザー光学系８５Ａ，８５Ｂとを有するものである。
【００１３】
【非特許文献１】土橋克広、他、「Ｘバンドリニアックを用いた小型硬Ｘ線源の開発」、２００２
【非特許文献２】佐々木誠、他、「混合２色Ｘ線ＣＴシステムの開発」、医学物理 Ｖｏｌ．２３ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ ２００３
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−２８０２００号公報、「Ｘ線発生装置及び発生方法」
【特許文献２】特開平１１−２６４８９９号公報、「電子／レーザー衝突型Ｘ線発生装置及びＸ線発生方法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
差分法による血管造影や２色Ｘ線ＣＴでは、Ｘ線エネルギーの切換え速度が重要である。例えば、動的血管造影においては血管が動いていないとみなせる程度の短い時間にエネルギーを切換えて像を得る必要がある。また、２色Ｘ線ＣＴでは、エネルギーの切換えに時間がかかると、被写体の状態が変化してしまい再構成画像の画質が落ちるという問題がある。
【００１６】
放射光からモノクロメータを用いて単色硬Ｘ線を得る場合、モノクロメータは非特許文献２に示すように２枚の結晶板からなるため、２種の単色硬Ｘ線（２色Ｘ線）を得るには２種のモノクロメータを用いる必要がある。しかしモノクロメータは、結晶角度を精密に調整する必要あるため、短時間での高速切換えは非常に困難である。
また、特性Ｘ線を単色Ｘ線として利用する他のＸ線源でもターゲットを物理的に切換える必要があり、やはり高速化は困難である。
【００１７】
また、非特許文献２のように、シンクロトロン放射光から主波Ｘ線と２倍高調波Ｘ線が混合した混合２色Ｘ線を抽出して用いる場合、Ｘ線の波長が高調波に限定され、かつ主波と高調波が分離できない問題がある。
また、特許文献１の「Ｘ線発生装置」では、レーザービームの波長を短時間で切換えできない。
さらに、特許文献２の「Ｘ線発生装置」では、パルス状電子ビームと第１及び第２のレーザー光との衝突確率が低く、Ｘ線の発生出力が低い問題点がある。
【００１８】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、複数（２種または３種以上）の単色硬Ｘ線を、血管が動いていないとみなせる程度の短い時間間隔で順次切換えて発生することができ、かつ血管造影等に適用可能な強力なＸ線を発生させることができる多色Ｘ線発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によれば、パルス電子ビームを加速して所定の直線軌道を通過させる電子ビーム発生装置と、
波長の異なる複数のパルスレーザー光を順次発生する複合レーザー発生装置と、
前記複数のパルスレーザー光を前記直線軌道上にパルス電子ビームに対向して導入するレーザー光導入装置と、を備え、
複数のパルスレーザー光を前記直線軌道上でパルス電子ビームに順次正面衝突させ、２種以上の単色硬Ｘ線を発生させる、ことを特徴とする多色Ｘ線発生装置が提供される。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記複合レーザー発生装置は、互いに波長が異なる複数のパルスレーザー光を発生する複数のパルスレーザー装置と、
前記複数のパルスレーザー光を同一光路上に合流させるレーザー合流光学系と、
前記複数のパルスレーザー光が互いに時間差を有するように複数のパルスレーザー装置を制御するレーザー制御装置とを有する。
【００２１】
また、前記直線軌道上の衝突点におけるパルスレーザー光のビームプロファイルを調整するプロファイル調整光学系を有する、ことが好ましい。
【００２２】
前記複合レーザー発生装置は、前記直線軌道を通過したパルスレーザー光を、直線軌道を通過前の光路上に周回させるレーザー周回光学系を有し、これにより同一のパルスレーザー光を周回させてパルス電子ビームに複数回衝突させる、ことが好ましい。
【００２３】
前記周回光路上に前記パルスレーザー光を増幅するレーザー増幅器を有する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
上記本発明の構成によれば、複合レーザー発生装置で発生した複数のパルスレーザー光を、レーザー光導入装置によりパルス電子ビームの直線軌道上に対向して導入するので、電子ビーム発生装置で発生したパルス電子ビームに複数のパルスレーザー光が順次正面衝突し、単色硬Ｘ線を順次発生させることができる。
また、パルス電子ビームとパルスレーザー光の衝突により発生するＸ線の波長は、レーザー光の波長に依存するので、複合レーザー発生装置で波長の異なる複数のパルスレーザー光を発生させることで、２種以上の複数の単色硬Ｘ線を短い時間間隔で順次切換えて発生させることができる。
また、パルス電子ビームにパルスレーザー光が直線軌道上で正面衝突して、単色硬Ｘ線を発生させるので、衝突効率を最大にできる。
例えば、電子ビームとレーザー光の衝突において、複数種類の波長のレーザー光を交互に発射して電子ビームと衝突させることで、２色のＸ線を高い衝突効率で交互に発生可能となる。
【００２５】
また、パルスレーザー装置は短い周期（例えば１０ｐｐｓ以上）でパルスレーザー光を発生できるので、レーザー制御装置で複数のパルスレーザー光を互いに時間差を有するように制御することにより、短い周期で複数のパルスレーザー光をパルス電子ビームに順次正面衝突させ、短い周期（例えば１０ｐｐｓ以上）で２種以上の複数の単色硬Ｘ線を順次切換えて発生させることができる。
【００２６】
従って、装置や部品の物理的な移動なしにＸ線の波長を順次高速で切換えることができ、波長切換え時間の被写体の変化を小さく抑えることができ、精度の良い撮像が可能となる。
また、Ｘ線の波長はレーザー光の波長にリニアに依存するので、どのタイミングでどちらのエネルギーのＸ線が出ているか特定できる。従ってＸ線検出器では、２色それぞれのエネルギーによる画像を交互に撮像できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２８】
図１は、本発明による多色Ｘ線発生装置の第１実施形態図である。この図に示すように、本発明の多色Ｘ線発生装置は、電子ビーム発生装置１０、複合レーザー発生装置２０およびレーザー光導入装置３０を備える。
【００２９】
電子ビーム発生装置１０は、電子ビームを加速してパルス電子ビーム１を発生し所定の直線軌道２を通過させる機能を有する。
この例において、電子ビーム発生装置１０は、ＲＦ電子銃１１、α‐磁石１２、加速管１３、ベンディング磁石１４、Ｑ−磁石１５、減速管１６、およびビームダンプ１７を備える。
【００３０】
ＲＦ電子銃１１と加速管１３は、Ｘバンド（１１．４２４ＧＨｚ）の高周波電源１８により駆動される。ＲＦ電子銃１１から引き出された電子ビームは、α‐磁石１２により軌道を変えて加速管１３に入射する。加速管１３は、小型のＸバンド加速管であり、電子ビームを加速し、好ましくは約５０ＭｅＶ前後の高エネルギーの電子ビームを形成する。この電子ビームは、例えば約１μｓ前後のパルス電子ビーム１である。
特にパルス電子ビーム１は、１つの電子の塊に、周回するレーザーを何度も衝突させるため、レーザーの周回時間（約１０ｎｓ）よりも、大きな電子ビームを発生する必要があるため、マルチバンチパルス電子ビームであるのが良い。
【００３１】
ベンディング磁石１４は、パルス電子ビーム１の軌道を磁場で曲げて所定の直線軌道２を通過させ、通過後のパルス電子ビーム１をビームダンプ１７まで導く。Ｑ−磁石１５はパルス電子ビーム１の収束具合を調整する。減速管１６は、パルス電子ビーム１を減速する。ビームダンプ１７は、直線軌道２を通過した後のパルス電子ビーム１を捕捉して、放射線の漏洩を防止する。
【００３２】
同期装置１９は、電子ビーム発生装置１０と複合レーザー発生装置２０の同期をとり、パルス電子ビーム１のタイミングと後述するパルスレーザー光３とのタイミングを合わせ、パルス電子ビーム１とパルスレーザー光３が所定の直線軌道２上の衝突点２ａで衝突するように制御する。
【００３３】
上述した電子ビーム発生装置１０により、例えば、約５０ＭｅＶ前後、約１μｓ前後のパルス電子ビーム１を発生し、これを所定の直線軌道２を通過させることができる。
【００３４】
複合レーザー発生装置２０は、波長の異なる複数のパルスレーザー光３を順次発生する機能を有する。
レーザー光導入装置３０は、この例では２枚のミラー３２、３４を有し、第１ミラー３２により、複数のパルスレーザー光３を上述した直線軌道２上にパルス電子ビーム１に対向して導入し、第２ミラー３４により直線軌道２を通過した後のパルスレーザー光３を複合レーザー発生装置２０に戻すようになっている。
【００３５】
第１ミラー３２と第２ミラー３４は、全反射ミラーである。単色硬Ｘ線４の放射方向がパルス電子ビーム１と同一方向である場合、第１ミラー３２は、好ましくＸ線透過率の高い材料（例えば石英ガラス）の表面に反射膜をコーティングしたものであり、単色硬Ｘ線４が通過できかつその損失が十分小さいように薄く作られているのがよい。
なお、この構成は必須ではなく、単色硬Ｘ線４の放射方向がパルス電子ビーム１と異なる場合には、第１ミラー３２と第２ミラー３４の両方をＸ線透過率の低い材料（例えば金属）で構成してもよい。
【００３６】
図２は、図１の主要部の構成図である。この例において、複合レーザー発生装置２０は、複数のパルスレーザー装置２２Ａ，２２Ｂ、レーザー合流光学系２３、レーザー制御装置２４、およびレーザーダンプ２５を有する。
【００３７】
複数のパルスレーザー装置２２Ａ，２２Ｂは、互いに波長が異なる複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを発生する。例えば、パルスレーザー装置２２Ａ，２２Ｂとして、波長１０６４ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザーと、これに波長を半分に変換するＫＴＰ結晶を組込んだ波長５３２ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザーを使用する。
【００３８】
レーザー合流光学系２３は、この例では全反射ミラー２３ａとハーフミラー２３ｂからなる。全反射ミラー２３ａは、パルスレーザー装置２２Ａのパルスレーザー光３ａをレーザー光導入装置３０の第１ミラー３２に向けて反射する。ハーフミラー２３ｂは、パルスレーザー光３ａがそのまま通過できるハーフミラーであり、パルスレーザー光３ｂをレーザー光導入装置３０の第１ミラー３２に向けて反射する。
この構成により、複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを同一光路上に合流させ、パルスレーザー光３として、第１ミラー３２に入射させ、合流した複数のパルスレーザー光を直線軌道２上に導入することができる。
【００３９】
レーザー制御装置２４は、複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂが互いに時間差を有するように複数のパルスレーザー装置２２Ａ，２２Ｂを制御する。例えば、複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂのパルス発振数がそれぞれ１０ｐｐｓであり、パルス幅がそれぞれ１０ｎｓである場合、一方のパルス発振時期をずらすことにより、パルス幅１０ｎｓの複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂ（波長１０６４ｎｍと波長５３２ｎｍ）が交互に出力されるパルスレーザー光３として、第１ミラー３２に入射させることができる。
【００４０】
レーザーダンプ２５は、直線軌道２を通過した後のパルスレーザー光３を捕捉して、飛散を防止する。
【００４１】
上述した本発明の構成によれば、パルス電子ビーム１とパルスレーザー光３の衝突により発生するＸ線の波長は、レーザー光３の波長に依存するので、複合レーザー発生装置２０で波長の異なる複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを発生させることで、２種以上の複数の単色硬Ｘ線４（４ａ，４ｂ）を短い時間間隔で順次切換えて発生させることができる。
また、パルス電子ビーム１にパルスレーザー光３が直線軌道２上で正面衝突して、単色硬Ｘ線を発生させるので、衝突効率を最大にできる。
【００４２】
また、パルスレーザー装置は短い周期（例えば１０ｐｐｓ以上）でパルスレーザー光を発生できるので、レーザー制御装置で複数のパルスレーザー光を互いに時間差を有するように制御することにより、短い周期で複数のパルスレーザー光をパルス電子ビームに順次正面衝突させ、短い周期（例えば１０ｐｐｓ以上）で２種以上の複数の単色硬Ｘ線を順次切換えて発生させることができる。
例えば、電子ビームの運動エネルギーを３５ＭｅＶとし、波長１０６４ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザーと、これに波長を半分に変換するＫＴＰ結晶を組込んだ波長５３２ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザーを使用する場合、約４４．５ｋｅＶの単色硬Ｘ線を放射することができる。
【００４３】
発生した複数の単色硬Ｘ線４（４ａ，４ｂ）は、この例では、第１ミラー３２を通過してパルス電子ビーム１と同一の方向に放射され外部に取り出される。なお、衝突点２ａで発生する単色硬Ｘ線４の指向性は少ないので、衝突点２ａと被験者６の間に、コリメータを設け、単色硬Ｘ線４の放射方向をパルス電子ビーム１と異なる方向（例えば、図１の紙面に直交する方向）に制御してもよい。
取り出した複数の単色硬Ｘ線４（４ａ，４ｂ）は、血管造影や２色Ｘ線ＣＴに用いることができる。
【００４４】
なお、パルスレーザー装置は、２台に限定されず、３台以上でもよい。またパルスレーザー光は、上述した例に限定されず、エキシマレーザーのＡｒＦ（波長１９３ｎｍ），ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ），ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ），ＸｅＦ（波長３５１ｎｍ），Ｆ２（波長１５７ｎｍ）やＹＡＧレーザーの第３高調波（波長３５５ｎｍ）、第４高調波（波長２６６ｎｍ）、第５高調波（波長２１３ｎｍ）、その他を用いてもよい。
【００４５】
図２において、本発明の多色Ｘ線発生装置は、さらに第１ミラー３２とハーフミラー２３ｂの間にプロファイル調整光学系２６を有する。このプロファイル調整光学系２６は、例えば複合レンズであり、直線軌道２上の衝突点２ａにおけるパルスレーザー光３のビームプロファイル（例えば、サイズ、傾き、位置）を調整する。
【００４６】
図３は、本発明による多色Ｘ線発生装置の第２実施形態図である。この例において、複合レーザー発生装置２０は、さらにレーザー周回光学系２８を有する。
レーザー周回光学系２８は、この例では全反射ミラー２８ａとハーフミラー２８ｂからなる。全反射ミラー２８ａは、直線軌道２を通過し第２ミラー３４で反射したパルスレーザー光３をハーフミラー２８ｂに向けて反射する。ハーフミラー２８ｂは、パルスレーザー光３がそのまま通過できるハーフミラーであり、全反射ミラー２８ａからのパルスレーザー光３をレーザー光導入装置３０の第１ミラー３２に向けて反射する。
この構成により、直線軌道２を通過したパルスレーザー光３を、直線軌道２を通過前の光路上に周回させ、同一のパルスレーザー光３を周回させてパルス電子ビーム１に複数回衝突させることができる。
【００４７】
またこの例では、第２ミラー３４と全反射ミラー２８ａの間にプロファイル調整光学系２７を有する。このプロファイル調整光学系２７は、例えば複合レンズであり、ハーフミラー２８ｂに向けて反射し、後述するレーザー増幅器２９に入射するパルスレーザー光３のビームプロファイル（例えば、サイズ、傾き、位置）を調整する。
【００４８】
図３において、複合レーザー発生装置２０は、さらに全反射ミラー２８ａとハーフミラー２８ｂの間の周回光路上にレーザー増幅器２９を有する。このレーザー増幅器２９は、例えばＹＡＧロッドであり、パルスレーザー光３に含まれる複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂの少なくとも１つ（好ましくは全て）を増幅し、周回による損失を低減又はなくすようになっている。なお、レーザー増幅器２９は、単一に限定されず、複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂに合わせてそれぞれ設けてもよい。
その他の構成は、図１，２の第１実施形態と同様である。
【００４９】
上述した本発明の構成によれば、第１実施形態と同様にパルス電子ビーム１とパルスレーザー光３の衝突により発生するＸ線の波長は、レーザー光３の波長に依存するので、複合レーザー発生装置２０で波長の異なる複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを発生させることで、２種以上の複数の単色硬Ｘ線４（４ａ，４ｂ）を短い時間間隔で順次切換えて発生させ、血管造影や２色Ｘ線ＣＴに用いることができる。
【００５０】
また、レーザー周回光学系２８により、同一のパルスレーザー光３を周回させてパルス電子ビーム１に複数回衝突させることができるので、衝突効率（確率）を高めることができ、衝突に寄与するレーザーの総エネルギーを周回により例えば１０倍程度まで高めることができる。
例えば１０ＴＷ級のレーザーを用いることにより、周回により１×１０９ｐｈｏｔｏｎｓ／ｓ程度のＸ線を発生することが予測できる。
さらに、レーザー増幅器２９を併用することにより、周回のない場合に比べて５０倍程度まで衝突に寄与するレーザーの総エネルギーを高めることができる。
【００５１】
従って、本発明によれば、装置や部品の物理的な移動なしにＸ線の波長を順次高速で切換えることができ、波長切換え時間の被写体の変化を小さく抑えることができ、Ｘ線画像の解像度を高め、電子密度分布、元素分布を高い精度で求めることができる。
また、Ｘ線の波長はレーザー光の波長にリニアに依存するので、どのタイミングでどちらのエネルギーのＸ線が出ているか特定できる。従ってＸ線検出器では、２色それぞれのエネルギーによる画像を交互に撮像できる。
【００５２】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による多色Ｘ線発生装置の第１実施形態図である。
【図２】図１の主要部の構成図である。
【図３】本発明による多色Ｘ線発生装置の第２実施形態図である。
【図４】非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」の模式図である。
【図５】非特許文献２の「混合２色Ｘ線ＣＴ装置」の模式図である。
【図６】特許文献１の「Ｘ線発生装置」の模式図である。
【図７】特許文献２の「Ｘ線発生装置」の模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ パルス電子ビーム、２ 直線軌道、２ａ 衝突点、
３，３ａ，３ｂ パルスレーザー光、４（４ａ，４ｂ） 単色硬Ｘ線、
１０ 電子ビーム発生装置、１１ ＲＦ電子銃、１２ α‐磁石、
１３ 加速管、１４ ベンディング磁石、１５ Ｑ−磁石、
１６ 減速管、１７ ビームダンプ、１８ 高周波電源、１９ 同期装置、
２０ 複合レーザー発生装置、２２Ａ，２２Ｂ パルスレーザー装置、
２３ レーザー合流光学系、２３ａ 全反射ミラー、２３ｂ ハーフミラー、
２４ レーザー制御装置、２５ レーザーダンプ、
２６，２７ プロファイル調整光学系、
２８ レーザー周回光学系、２８ａ 全反射ミラー、
２８ｂ ハーフミラー、２９ レーザー増幅器、
３０ レーザー光導入装置、３２ 第１ミラー、３４ 第２ミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種以上の単色硬Ｘ線を短い時間間隔で順次切換えて発生する多色Ｘ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は波長が約０．１〜１００Å（１０−１１〜１０−８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線（１０〜１００ｋｅＶ，λ＝１〜０．１Å）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（０．１〜１０ｋｅＶ，λ＝１００〜１Å）を軟Ｘ線という。また、物質に電子線などを当てた時に、物質の構成元素固有の波長をもつＸ線を特性Ｘ線という。
【０００３】
Ｘ線を用いた装置としてＸ線透過装置、Ｘ線ＣＴ装置、Ｘ線回折装置、Ｘ線分光装置等が、医療、生命科学、材料科学など広い分野で利用されている。例えば、心筋梗塞の治療には、５０ｋｅＶ程度のＸ線を用いた冠状動脈血管造影（ＩＶＣＡＧ）が一般に行なわれている。また、Ｘ線ＣＴ装置は、測定する物体に異なる方向からＸ線を照射してその吸収を測定し、コンピュータによって画像を再構築して物体の二次元断面画像を得る装置である。
【０００４】
Ｘ線の発生源としては、Ｘ線管とシンクロトロン放射光が広く知られている。
Ｘ線管は、真空中でフィラメントを加熱して得られる熱電子を高電圧で加速して金属陽極（ターゲット）に衝突させて、Ｘ線を発生させる装置である。Ｘ線管から発生するＸ線は、電子の制動放射による連続Ｘ線と、輝線スペクトルである特性Ｘ線とからなる。連続Ｘ線は特定の波長のＸ線を必要としない用途、例えば医療用や工業用の透過法の光源として用いられる。また特性Ｘ線は、特定の波長のＸ線を必要とする用途、例えばＸ線回折や蛍光Ｘ線分光等に用いられる。
【０００５】
一方、シンクロトロン放射光（ＳＲ光）は、環状加速器（シンクロトロン）において、光速に近い速度まで加速した電子ビームの軌道を強力な磁石で変化させ、その軌道変化の際に発生するＸ線である。ＳＲ光は、Ｘ線管に比べて桁違い（１０３倍以上）に強力なＸ線源であり（例えばＸ線強度（光子数）：約１０１４ｐｈｏｔｏｎｓ／ｓ、パルス幅：約１００ｐｓ）、高いＸ線強度を必要とする分野で用いられる。
【０００６】
しかし、シンクロトロンを用いた放射光施設は、シンクロトロンの長径が例えば５０ｍ以上、軌道長が１００ｍ以上に達する大型設備であるため、研究や医療用であっても容易には導入できない問題がある。そこで、小型の線形加速器を用いた小型Ｘ線発生装置が提案されている（例えば非特許文献１）。
【０００７】
一方、従来のＸ線ＣＴ装置では、放射光から単色硬Ｘ線を得る手段として２枚の結晶板からなるモノクロメータを用いている。また、単色Ｘ線ＣＴ装置では電子密度の測定精度が低いため、主波と高調波の混合比が異なる２種類のＸ線を用いる混合２色Ｘ線ＣＴ装置が提案されている（例えば非特許文献２）。
【０００８】
また、その他に２種類のＸ線を発生させる手段として、特許文献１、２が既に開示されている。
【０００９】
非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」は、図４に示すように、小型の加速器５１（Ｘバンド加速管）で加速された電子ビーム５２をレーザー５３と衝突させてＸ線５４を発生させるものである。ＲＦ電子銃５５（熱ＲＦガン）で生成されたマルチバンチ電子ビーム５２はＸバンド加速管５１で加速され、パルスレーザー光５３と衝突する。コンプトン散乱により、時間幅１０ｎｓの硬Ｘ線５４が生成される。
この装置は、一般に線形加速器で用いられるＳバンド（２．８５６ＧＨｚ）の４倍の周波数にあたるＸバンド（１１．４２４ＧＨｚ）をＲＦとして用いて小型化を図っており、例えばＸ線強度（光子数）：約１×１０９ｐｈｏｔｏｎｓ／ｓ、パルス幅：約１０ｐｓの強力な硬Ｘ線の発生が予測されている。
【００１０】
非特許文献２の「混合２色Ｘ線ＣＴ装置」は、図５に示すように、回転フィルター６１、モノクロメータ６２、コリメータ６３、透過型イオンチェンバー６４、散乱体６５、スライド・回転テーブル６６、ＮａＩ検出器６７、及びプラスチックシンチレーションカウンター６８を備え、シンクロトロン放射光６９ａからモノクロメータ６２により４０ｋｅＶの主波Ｘ線と８０ｋｅＶの２倍高調波Ｘ線を抽出し、回転フィルター６１により４０ｋｅＶＸ線と８０ｋｅＶＸ線の混合比を調整し、散乱体６５からの散乱Ｘ線スペクトルをＮａＩ検出器６７で観察して混合比を測定し、コリメータ６３で混合２色Ｘ線６９ｂのサイズを整形し、透過型イオンチェンバー６４および被写体６０を透過させ、プラスチックシンチレーションカウンター６８で強度を測定するものである。
この装置により、電子密度の測定精度を高めるとともに、電子密度および実効原子番号のイメージ像の作成に成功している。
【００１１】
特許文献１の「Ｘ線発生装置」は、図６に示すように、一部が相互に共有された複数の周回電子軌道を画定し、該軌道の共有部分に、電子ビーム７１のエネルギーを増減させる加速器７２が配置されたマイクロトロン７３と、前記マイクロトロンの周回電子軌道に電子ビーム７１を入射させる電子ビーム源７４と、前記マイクロトロンの軌道の共有部分を飛翔する電子に衝突するようにレーザービーム７５を出射するレーザー光源７６とを有するものである。
【００１２】
特許文献２の「Ｘ線発生装置」は、図７に示すように、パルス状電子ビーム８１を出射する電子ビーム源８２と、前記電子ビーム源から出射されたパルス状電子ビームに衝突するように、パルス状電子ビームの出射に同期させて、パルス的に第１及び第２のレーザー光８３Ａ，８３Ｂを出射するレーザー光学系８５Ａ，８５Ｂとを有するものである。
【００１３】
【非特許文献１】土橋克広、他、「Ｘバンドリニアックを用いた小型硬Ｘ線源の開発」、２００２
【非特許文献２】佐々木誠、他、「混合２色Ｘ線ＣＴシステムの開発」、医学物理 Ｖｏｌ．２３ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ Ｎｏ．２ Ａｐｒｉｌ ２００３
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−２８０２００号公報、「Ｘ線発生装置及び発生方法」
【特許文献２】特開平１１−２６４８９９号公報、「電子／レーザー衝突型Ｘ線発生装置及びＸ線発生方法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
差分法による血管造影や２色Ｘ線ＣＴでは、Ｘ線エネルギーの切換え速度が重要である。例えば、動的血管造影においては血管が動いていないとみなせる程度の短い時間にエネルギーを切換えて像を得る必要がある。また、２色Ｘ線ＣＴでは、エネルギーの切換えに時間がかかると、被写体の状態が変化してしまい再構成画像の画質が落ちるという問題がある。
【００１６】
放射光からモノクロメータを用いて単色硬Ｘ線を得る場合、モノクロメータは非特許文献２に示すように２枚の結晶板からなるため、２種の単色硬Ｘ線（２色Ｘ線）を得るには２種のモノクロメータを用いる必要がある。しかしモノクロメータは、結晶角度を精密に調整する必要あるため、短時間での高速切換えは非常に困難である。
また、特性Ｘ線を単色Ｘ線として利用する他のＸ線源でもターゲットを物理的に切換える必要があり、やはり高速化は困難である。
【００１７】
また、非特許文献２のように、シンクロトロン放射光から主波Ｘ線と２倍高調波Ｘ線が混合した混合２色Ｘ線を抽出して用いる場合、Ｘ線の波長が高調波に限定され、かつ主波と高調波が分離できない問題がある。
また、特許文献１の「Ｘ線発生装置」では、レーザービームの波長を短時間で切換えできない。
さらに、特許文献２の「Ｘ線発生装置」では、パルス状電子ビームと第１及び第２のレーザー光との衝突確率が低く、Ｘ線の発生出力が低い問題点がある。
【００１８】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、複数（２種または３種以上）の単色硬Ｘ線を、血管が動いていないとみなせる程度の短い時間間隔で順次切換えて発生することができ、かつ血管造影等に適用可能な強力なＸ線を発生させることができる多色Ｘ線発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によれば、パルス電子ビームを加速して所定の直線軌道を通過させる電子ビーム発生装置と、
波長の異なる複数のパルスレーザー光を順次発生する複合レーザー発生装置と、
前記複数のパルスレーザー光を前記直線軌道上にパルス電子ビームに対向して導入するレーザー光導入装置と、を備え、
複数のパルスレーザー光を前記直線軌道上でパルス電子ビームに順次正面衝突させ、２種以上の単色硬Ｘ線を発生させる、ことを特徴とする多色Ｘ線発生装置が提供される。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記複合レーザー発生装置は、互いに波長が異なる複数のパルスレーザー光を発生する複数のパルスレーザー装置と、
前記複数のパルスレーザー光を同一光路上に合流させるレーザー合流光学系と、
前記複数のパルスレーザー光が互いに時間差を有するように複数のパルスレーザー装置を制御するレーザー制御装置とを有する。
【００２１】
また、前記直線軌道上の衝突点におけるパルスレーザー光のビームプロファイルを調整するプロファイル調整光学系を有する、ことが好ましい。
【００２２】
前記複合レーザー発生装置は、前記直線軌道を通過したパルスレーザー光を、直線軌道を通過前の光路上に周回させるレーザー周回光学系を有し、これにより同一のパルスレーザー光を周回させてパルス電子ビームに複数回衝突させる、ことが好ましい。
【００２３】
前記周回光路上に前記パルスレーザー光を増幅するレーザー増幅器を有する、ことが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
上記本発明の構成によれば、複合レーザー発生装置で発生した複数のパルスレーザー光を、レーザー光導入装置によりパルス電子ビームの直線軌道上に対向して導入するので、電子ビーム発生装置で発生したパルス電子ビームに複数のパルスレーザー光が順次正面衝突し、単色硬Ｘ線を順次発生させることができる。
また、パルス電子ビームとパルスレーザー光の衝突により発生するＸ線の波長は、レーザー光の波長に依存するので、複合レーザー発生装置で波長の異なる複数のパルスレーザー光を発生させることで、２種以上の複数の単色硬Ｘ線を短い時間間隔で順次切換えて発生させることができる。
また、パルス電子ビームにパルスレーザー光が直線軌道上で正面衝突して、単色硬Ｘ線を発生させるので、衝突効率を最大にできる。
例えば、電子ビームとレーザー光の衝突において、複数種類の波長のレーザー光を交互に発射して電子ビームと衝突させることで、２色のＸ線を高い衝突効率で交互に発生可能となる。
【００２５】
また、パルスレーザー装置は短い周期（例えば１０ｐｐｓ以上）でパルスレーザー光を発生できるので、レーザー制御装置で複数のパルスレーザー光を互いに時間差を有するように制御することにより、短い周期で複数のパルスレーザー光をパルス電子ビームに順次正面衝突させ、短い周期（例えば１０ｐｐｓ以上）で２種以上の複数の単色硬Ｘ線を順次切換えて発生させることができる。
【００２６】
従って、装置や部品の物理的な移動なしにＸ線の波長を順次高速で切換えることができ、波長切換え時間の被写体の変化を小さく抑えることができ、精度の良い撮像が可能となる。
また、Ｘ線の波長はレーザー光の波長にリニアに依存するので、どのタイミングでどちらのエネルギーのＸ線が出ているか特定できる。従ってＸ線検出器では、２色それぞれのエネルギーによる画像を交互に撮像できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２８】
図１は、本発明による多色Ｘ線発生装置の第１実施形態図である。この図に示すように、本発明の多色Ｘ線発生装置は、電子ビーム発生装置１０、複合レーザー発生装置２０およびレーザー光導入装置３０を備える。
【００２９】
電子ビーム発生装置１０は、電子ビームを加速してパルス電子ビーム１を発生し所定の直線軌道２を通過させる機能を有する。
この例において、電子ビーム発生装置１０は、ＲＦ電子銃１１、α‐磁石１２、加速管１３、ベンディング磁石１４、Ｑ−磁石１５、減速管１６、およびビームダンプ１７を備える。
【００３０】
ＲＦ電子銃１１と加速管１３は、Ｘバンド（１１．４２４ＧＨｚ）の高周波電源１８により駆動される。ＲＦ電子銃１１から引き出された電子ビームは、α‐磁石１２により軌道を変えて加速管１３に入射する。加速管１３は、小型のＸバンド加速管であり、電子ビームを加速し、好ましくは約５０ＭｅＶ前後の高エネルギーの電子ビームを形成する。この電子ビームは、例えば約１μｓ前後のパルス電子ビーム１である。
特にパルス電子ビーム１は、１つの電子の塊に、周回するレーザーを何度も衝突させるため、レーザーの周回時間（約１０ｎｓ）よりも、大きな電子ビームを発生する必要があるため、マルチバンチパルス電子ビームであるのが良い。
【００３１】
ベンディング磁石１４は、パルス電子ビーム１の軌道を磁場で曲げて所定の直線軌道２を通過させ、通過後のパルス電子ビーム１をビームダンプ１７まで導く。Ｑ−磁石１５はパルス電子ビーム１の収束具合を調整する。減速管１６は、パルス電子ビーム１を減速する。ビームダンプ１７は、直線軌道２を通過した後のパルス電子ビーム１を捕捉して、放射線の漏洩を防止する。
【００３２】
同期装置１９は、電子ビーム発生装置１０と複合レーザー発生装置２０の同期をとり、パルス電子ビーム１のタイミングと後述するパルスレーザー光３とのタイミングを合わせ、パルス電子ビーム１とパルスレーザー光３が所定の直線軌道２上の衝突点２ａで衝突するように制御する。
【００３３】
上述した電子ビーム発生装置１０により、例えば、約５０ＭｅＶ前後、約１μｓ前後のパルス電子ビーム１を発生し、これを所定の直線軌道２を通過させることができる。
【００３４】
複合レーザー発生装置２０は、波長の異なる複数のパルスレーザー光３を順次発生する機能を有する。
レーザー光導入装置３０は、この例では２枚のミラー３２、３４を有し、第１ミラー３２により、複数のパルスレーザー光３を上述した直線軌道２上にパルス電子ビーム１に対向して導入し、第２ミラー３４により直線軌道２を通過した後のパルスレーザー光３を複合レーザー発生装置２０に戻すようになっている。
【００３５】
第１ミラー３２と第２ミラー３４は、全反射ミラーである。単色硬Ｘ線４の放射方向がパルス電子ビーム１と同一方向である場合、第１ミラー３２は、好ましくＸ線透過率の高い材料（例えば石英ガラス）の表面に反射膜をコーティングしたものであり、単色硬Ｘ線４が通過できかつその損失が十分小さいように薄く作られているのがよい。
なお、この構成は必須ではなく、単色硬Ｘ線４の放射方向がパルス電子ビーム１と異なる場合には、第１ミラー３２と第２ミラー３４の両方をＸ線透過率の低い材料（例えば金属）で構成してもよい。
【００３６】
図２は、図１の主要部の構成図である。この例において、複合レーザー発生装置２０は、複数のパルスレーザー装置２２Ａ，２２Ｂ、レーザー合流光学系２３、レーザー制御装置２４、およびレーザーダンプ２５を有する。
【００３７】
複数のパルスレーザー装置２２Ａ，２２Ｂは、互いに波長が異なる複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを発生する。例えば、パルスレーザー装置２２Ａ，２２Ｂとして、波長１０６４ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザーと、これに波長を半分に変換するＫＴＰ結晶を組込んだ波長５３２ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザーを使用する。
【００３８】
レーザー合流光学系２３は、この例では全反射ミラー２３ａとハーフミラー２３ｂからなる。全反射ミラー２３ａは、パルスレーザー装置２２Ａのパルスレーザー光３ａをレーザー光導入装置３０の第１ミラー３２に向けて反射する。ハーフミラー２３ｂは、パルスレーザー光３ａがそのまま通過できるハーフミラーであり、パルスレーザー光３ｂをレーザー光導入装置３０の第１ミラー３２に向けて反射する。
この構成により、複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを同一光路上に合流させ、パルスレーザー光３として、第１ミラー３２に入射させ、合流した複数のパルスレーザー光を直線軌道２上に導入することができる。
【００３９】
レーザー制御装置２４は、複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂが互いに時間差を有するように複数のパルスレーザー装置２２Ａ，２２Ｂを制御する。例えば、複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂのパルス発振数がそれぞれ１０ｐｐｓであり、パルス幅がそれぞれ１０ｎｓである場合、一方のパルス発振時期をずらすことにより、パルス幅１０ｎｓの複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂ（波長１０６４ｎｍと波長５３２ｎｍ）が交互に出力されるパルスレーザー光３として、第１ミラー３２に入射させることができる。
【００４０】
レーザーダンプ２５は、直線軌道２を通過した後のパルスレーザー光３を捕捉して、飛散を防止する。
【００４１】
上述した本発明の構成によれば、パルス電子ビーム１とパルスレーザー光３の衝突により発生するＸ線の波長は、レーザー光３の波長に依存するので、複合レーザー発生装置２０で波長の異なる複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを発生させることで、２種以上の複数の単色硬Ｘ線４（４ａ，４ｂ）を短い時間間隔で順次切換えて発生させることができる。
また、パルス電子ビーム１にパルスレーザー光３が直線軌道２上で正面衝突して、単色硬Ｘ線を発生させるので、衝突効率を最大にできる。
【００４２】
また、パルスレーザー装置は短い周期（例えば１０ｐｐｓ以上）でパルスレーザー光を発生できるので、レーザー制御装置で複数のパルスレーザー光を互いに時間差を有するように制御することにより、短い周期で複数のパルスレーザー光をパルス電子ビームに順次正面衝突させ、短い周期（例えば１０ｐｐｓ以上）で２種以上の複数の単色硬Ｘ線を順次切換えて発生させることができる。
例えば、電子ビームの運動エネルギーを３５ＭｅＶとし、波長１０６４ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザーと、これに波長を半分に変換するＫＴＰ結晶を組込んだ波長５３２ｎｍのＮｄ−ＹＡＧレーザーを使用する場合、約４４．５ｋｅＶの単色硬Ｘ線を放射することができる。
【００４３】
発生した複数の単色硬Ｘ線４（４ａ，４ｂ）は、この例では、第１ミラー３２を通過してパルス電子ビーム１と同一の方向に放射され外部に取り出される。なお、衝突点２ａで発生する単色硬Ｘ線４の指向性は少ないので、衝突点２ａと被験者６の間に、コリメータを設け、単色硬Ｘ線４の放射方向をパルス電子ビーム１と異なる方向（例えば、図１の紙面に直交する方向）に制御してもよい。
取り出した複数の単色硬Ｘ線４（４ａ，４ｂ）は、血管造影や２色Ｘ線ＣＴに用いることができる。
【００４４】
なお、パルスレーザー装置は、２台に限定されず、３台以上でもよい。またパルスレーザー光は、上述した例に限定されず、エキシマレーザーのＡｒＦ（波長１９３ｎｍ），ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ），ＸｅＣｌ（波長３０８ｎｍ），ＸｅＦ（波長３５１ｎｍ），Ｆ２（波長１５７ｎｍ）やＹＡＧレーザーの第３高調波（波長３５５ｎｍ）、第４高調波（波長２６６ｎｍ）、第５高調波（波長２１３ｎｍ）、その他を用いてもよい。
【００４５】
図２において、本発明の多色Ｘ線発生装置は、さらに第１ミラー３２とハーフミラー２３ｂの間にプロファイル調整光学系２６を有する。このプロファイル調整光学系２６は、例えば複合レンズであり、直線軌道２上の衝突点２ａにおけるパルスレーザー光３のビームプロファイル（例えば、サイズ、傾き、位置）を調整する。
【００４６】
図３は、本発明による多色Ｘ線発生装置の第２実施形態図である。この例において、複合レーザー発生装置２０は、さらにレーザー周回光学系２８を有する。
レーザー周回光学系２８は、この例では全反射ミラー２８ａとハーフミラー２８ｂからなる。全反射ミラー２８ａは、直線軌道２を通過し第２ミラー３４で反射したパルスレーザー光３をハーフミラー２８ｂに向けて反射する。ハーフミラー２８ｂは、パルスレーザー光３がそのまま通過できるハーフミラーであり、全反射ミラー２８ａからのパルスレーザー光３をレーザー光導入装置３０の第１ミラー３２に向けて反射する。
この構成により、直線軌道２を通過したパルスレーザー光３を、直線軌道２を通過前の光路上に周回させ、同一のパルスレーザー光３を周回させてパルス電子ビーム１に複数回衝突させることができる。
【００４７】
またこの例では、第２ミラー３４と全反射ミラー２８ａの間にプロファイル調整光学系２７を有する。このプロファイル調整光学系２７は、例えば複合レンズであり、ハーフミラー２８ｂに向けて反射し、後述するレーザー増幅器２９に入射するパルスレーザー光３のビームプロファイル（例えば、サイズ、傾き、位置）を調整する。
【００４８】
図３において、複合レーザー発生装置２０は、さらに全反射ミラー２８ａとハーフミラー２８ｂの間の周回光路上にレーザー増幅器２９を有する。このレーザー増幅器２９は、例えばＹＡＧロッドであり、パルスレーザー光３に含まれる複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂの少なくとも１つ（好ましくは全て）を増幅し、周回による損失を低減又はなくすようになっている。なお、レーザー増幅器２９は、単一に限定されず、複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂに合わせてそれぞれ設けてもよい。
その他の構成は、図１，２の第１実施形態と同様である。
【００４９】
上述した本発明の構成によれば、第１実施形態と同様にパルス電子ビーム１とパルスレーザー光３の衝突により発生するＸ線の波長は、レーザー光３の波長に依存するので、複合レーザー発生装置２０で波長の異なる複数のパルスレーザー光３ａ，３ｂを発生させることで、２種以上の複数の単色硬Ｘ線４（４ａ，４ｂ）を短い時間間隔で順次切換えて発生させ、血管造影や２色Ｘ線ＣＴに用いることができる。
【００５０】
また、レーザー周回光学系２８により、同一のパルスレーザー光３を周回させてパルス電子ビーム１に複数回衝突させることができるので、衝突効率（確率）を高めることができ、衝突に寄与するレーザーの総エネルギーを周回により例えば１０倍程度まで高めることができる。
例えば１０ＴＷ級のレーザーを用いることにより、周回により１×１０９ｐｈｏｔｏｎｓ／ｓ程度のＸ線を発生することが予測できる。
さらに、レーザー増幅器２９を併用することにより、周回のない場合に比べて５０倍程度まで衝突に寄与するレーザーの総エネルギーを高めることができる。
【００５１】
従って、本発明によれば、装置や部品の物理的な移動なしにＸ線の波長を順次高速で切換えることができ、波長切換え時間の被写体の変化を小さく抑えることができ、Ｘ線画像の解像度を高め、電子密度分布、元素分布を高い精度で求めることができる。
また、Ｘ線の波長はレーザー光の波長にリニアに依存するので、どのタイミングでどちらのエネルギーのＸ線が出ているか特定できる。従ってＸ線検出器では、２色それぞれのエネルギーによる画像を交互に撮像できる。
【００５２】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による多色Ｘ線発生装置の第１実施形態図である。
【図２】図１の主要部の構成図である。
【図３】本発明による多色Ｘ線発生装置の第２実施形態図である。
【図４】非特許文献１の「小型Ｘ線発生装置」の模式図である。
【図５】非特許文献２の「混合２色Ｘ線ＣＴ装置」の模式図である。
【図６】特許文献１の「Ｘ線発生装置」の模式図である。
【図７】特許文献２の「Ｘ線発生装置」の模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ パルス電子ビーム、２ 直線軌道、２ａ 衝突点、
３，３ａ，３ｂ パルスレーザー光、４（４ａ，４ｂ） 単色硬Ｘ線、
１０ 電子ビーム発生装置、１１ ＲＦ電子銃、１２ α‐磁石、
１３ 加速管、１４ ベンディング磁石、１５ Ｑ−磁石、
１６ 減速管、１７ ビームダンプ、１８ 高周波電源、１９ 同期装置、
２０ 複合レーザー発生装置、２２Ａ，２２Ｂ パルスレーザー装置、
２３ レーザー合流光学系、２３ａ 全反射ミラー、２３ｂ ハーフミラー、
２４ レーザー制御装置、２５ レーザーダンプ、
２６，２７ プロファイル調整光学系、
２８ レーザー周回光学系、２８ａ 全反射ミラー、
２８ｂ ハーフミラー、２９ レーザー増幅器、
３０ レーザー光導入装置、３２ 第１ミラー、３４ 第２ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス電子ビームを加速して所定の直線軌道を通過させる電子ビーム発生装置と、
波長の異なる複数のパルスレーザー光を順次発生する複合レーザー発生装置と、
前記複数のパルスレーザー光を前記直線軌道上にパルス電子ビームに対向して導入するレーザー光導入装置と、を備え、
複数のパルスレーザー光を前記直線軌道上でパルス電子ビームに順次正面衝突させ、２種以上の単色硬Ｘ線を発生させる、ことを特徴とする多色Ｘ線発生装置。
【請求項２】
前記複合レーザー発生装置は、互いに波長が異なる複数のパルスレーザー光を発生する複数のパルスレーザー装置と、
前記複数のパルスレーザー光を同一光路上に合流させるレーザー合流光学系と、
前記複数のパルスレーザー光が互いに時間差を有するように複数のパルスレーザー装置を制御するレーザー制御装置とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の多色Ｘ線発生装置。
【請求項３】
前記直線軌道上の衝突点におけるパルスレーザー光のビームプロファイルを調整するプロファイル調整光学系を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の多色Ｘ線発生装置。
【請求項４】
前記複合レーザー発生装置は、前記直線軌道を通過したパルスレーザー光を、直線軌道を通過前の光路上に周回させるレーザー周回光学系を有し、これにより同一のパルスレーザー光を周回させてパルス電子ビームに複数回衝突させる、ことを特徴とする請求項２に記載の多色Ｘ線発生装置。
【請求項５】
前記周回光路上に前記パルスレーザー光を増幅するレーザー増幅器を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の多色Ｘ線発生装置。
【請求項１】
パルス電子ビームを加速して所定の直線軌道を通過させる電子ビーム発生装置と、
波長の異なる複数のパルスレーザー光を順次発生する複合レーザー発生装置と、
前記複数のパルスレーザー光を前記直線軌道上にパルス電子ビームに対向して導入するレーザー光導入装置と、を備え、
複数のパルスレーザー光を前記直線軌道上でパルス電子ビームに順次正面衝突させ、２種以上の単色硬Ｘ線を発生させる、ことを特徴とする多色Ｘ線発生装置。
【請求項２】
前記複合レーザー発生装置は、互いに波長が異なる複数のパルスレーザー光を発生する複数のパルスレーザー装置と、
前記複数のパルスレーザー光を同一光路上に合流させるレーザー合流光学系と、
前記複数のパルスレーザー光が互いに時間差を有するように複数のパルスレーザー装置を制御するレーザー制御装置とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の多色Ｘ線発生装置。
【請求項３】
前記直線軌道上の衝突点におけるパルスレーザー光のビームプロファイルを調整するプロファイル調整光学系を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の多色Ｘ線発生装置。
【請求項４】
前記複合レーザー発生装置は、前記直線軌道を通過したパルスレーザー光を、直線軌道を通過前の光路上に周回させるレーザー周回光学系を有し、これにより同一のパルスレーザー光を周回させてパルス電子ビームに複数回衝突させる、ことを特徴とする請求項２に記載の多色Ｘ線発生装置。
【請求項５】
前記周回光路上に前記パルスレーザー光を増幅するレーザー増幅器を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の多色Ｘ線発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３１８７４６（Ｐ２００６−３１８７４６Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３９７２６（Ｐ２００５−１３９７２６）
【出願日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（３０１０３２９４２）独立行政法人放射線医学総合研究所 (149)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１２日（２００５．５．１２）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（３０１０３２９４２）独立行政法人放射線医学総合研究所 (149)
【Ｆターム（参考）】
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