高エネルギー電子発生方法及びそれを用いた高エネルギー電子発生装置並びに高エネルギーＸ線発生方法及びそれを用いた高エネルギーＸ線発生装置
【課題】高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる高エネルギー電子発生方法及びその方法を用いた高エネルギー電子発生装置並びに高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる高エネルギーＸ線発生方法及びその方法を用いた高エネルギーＸ線発生装置を提供する。
【解決手段】パルス状のレーザー光線を固体試料６０に入射させて高エネルギー電子を発生させる高エネルギー電子発生方法において、パルス状のレーザー光線を固体試料６０に入射させる前に、固体試料６０の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成する工程と、プラズマにパルス状のレーザー光線を入射させる工程とを具備する。
【解決手段】パルス状のレーザー光線を固体試料６０に入射させて高エネルギー電子を発生させる高エネルギー電子発生方法において、パルス状のレーザー光線を固体試料６０に入射させる前に、固体試料６０の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成する工程と、プラズマにパルス状のレーザー光線を入射させる工程とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス状のレーザー光線を利用した高エネルギー電子発生方法及びそれを用いた高エネルギー電子発生装置並びにパルス状のレーザー光線を利用した高エネルギーＸ線発生方法及びそれを用いた高エネルギーＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、超短パルス高強度レーザーのレーザー光線を金属箔やプラスチックフィルム等の固体試料の表面に瞬間的に集光することで高エネルギー粒子を容易に生成できることが知られており、それによって得られた高エネルギー粒子を利用した材料劣化診断、レーザー核融合、癌治療などへの応用が期待されている。しかし、これらへの応用を考慮すると、レーザー装置自体を小型化することができる低エネルギーレーザー光線などを用いて、効率よく高エネルギー粒子が得られるようにする必要がある。
【０００３】
低エネルギーレーザー光線から高エネルギー粒子を発生させる方法として、例えばパルス状のレーザー光線のエネルギー密度（集光強度）を高くすることによって高エネルギー粒子を発生させる高エネルギー電子発生方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このような高エネルギー粒子発生方法を用いるためにはパルスレーザー光線が必要となる。そして、パルスレーザー光線を発振させる際には、パルスレーザー発振器の機構上、メインパルスレーザー光線が発振される前にプリパルスレーザー光線が発振される。このように発振されたプリパルスレーザー光線は、メインパルスレーザー光線が固体試料に入射する前に固体試料に入射することになるので、メインパルスレーザー光線が入射する前に固体試料の表面状態を変化させてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、従来はプリパルスレーザー光線の強度がなるべく小さくなるようにパルスレーザー発振器を調節することにより、メインパルスレーザー光線が入射する前に固体試料の表面状態を変化させないようにしていた（例えば非特許文献１及び２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１９１１２４号公報
【非特許文献１】Ａ．Ｊ．Ｍａｃｋｉｎｎｏｎ，Ｙ．Ｓｅｎｔｏｋｕ ｅｔ ａｌ．，”Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｒｏｔｏｎ Ａｃｃｅｌａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｈｏｔ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｈｉｎ Ｆｏｉｌｓ Ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ ｂｙ Ｕｌｔｒａｉｎｔｅｎｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｐｕｌｓｅｓ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８８，２１５００６（２００２）
【非特許文献２】Ｐ．ＭｃＫｅｎｎａ，Ｋ．Ｗ．Ｄ．Ｌｅｄｉｎｇｈａｍ ｅｔ ａｌ．，”Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｔｅｒａｗａｔｔ ｌａｓｅｒ−ｓｏｌｉｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｐｒｏｔｏｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ”，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．７３，４１７６（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑み、高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる高エネルギー電子発生方法及びそれを用いた高エネルギー電子発生装置、並びに高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる高エネルギーＸ線発生方法及びそれを用いた高エネルギーＸ線発生装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上述した従来の概念にとらわれることなく、プリパルスレーザー光線を固体試料に入射させて高エネルギー電子を発生させたところ、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができることを見出し、本発明に至った。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、パルス状のレーザー光線を固体試料に入射させて高エネルギー電子を発生させる高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に、前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成する工程と、前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させる工程とを具備することを特徴とする高エネルギー電子発生方法にある。
【００１０】
かかる第１の態様では、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギー電子発生方法にある。ここで、パルス状のプリレーザー光線とは、パルス状のレーザー光線の一種であり、パルス状のプリレーザー光線が固体試料に入射する前に固体試料に入射し、かつパルス状のレーザー光線の強度よりも小さい強度を有するものである。
【００１２】
かかる第２の態様では、容易に高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギー電子発生方法にある。
【００１４】
かかる第３の態様では、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、第２又は３の態様に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギー電子発生方法にある。
【００１６】
かかる第４の態様では、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第２〜４の何れかの記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギー電子発生方法にある。
【００１８】
かかる第５の態様では、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００１９】
本発明の第６の態様は、パルス状のレーザー光線を固体試料に入射させて発生させた高エネルギー電子を、さらにＸ線変換材に入射させて高エネルギーＸ線を発生させる高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に、前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成する工程と、前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させる工程とを具備することを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法にある。
【００２０】
かかる第６の態様では、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【００２１】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法にある。
【００２２】
かかる第７の態様では、容易に高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００２３】
本発明の第８の態様は、第７の態様に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法にある。
【００２４】
かかる第８の態様では、より多くの高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００２５】
本発明の第９の態様は、第７又は８に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法にある。
【００２６】
かかる第９の態様では、より多くの高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００２７】
本発明の第１０の態様は、第７〜９の何れかに記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法にある。
【００２８】
かかる第１０の態様では、より高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００２９】
本発明の第１１の態様は、パルス状のレーザー光線により電離可能な固体試料が真空容器内に設けられた高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成すると共に前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００３０】
かかる第１１の態様では、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００３１】
本発明の第１２の態様は、第１１の態様に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００３２】
かかる第１２の態様では、容易に高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００３３】
本発明の第１３の態様は、第１２の態様に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００３４】
かかる第１３の態様では、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００３５】
本発明の第１４の態様は、第１２の態様に記載の高エネルギー電子発生装置において、パルス状のソースレーザー光線を前記パルス状のレーザー光線と前記パルス状のプリレーザー光線とに分割する分割手段と、
前記パルス状のレーザー光線の行程を前記パルス状のプリレーザー光線の行程よりも長くするための行程差設定手段とを前記真空容器内にさらに設けたことを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００３６】
かかる第１４の態様では、パルス状のプリレーザーを容易に制御できる高エネルギー電子発生装置を製造することができる。
【００３７】
本発明の第１５の態様は、第１４の態様に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線を前記固体試料に集光させる軸外し放物面鏡が前記真空容器内にさらに設けられ、前記分割手段は、前記パルス状のソースレーザー光線の一部を前記パルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りを前記パルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡であり、前記行程差設定手段は、前記第１の透過鏡を透過した前記パルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡と、前記第１の透過鏡により反射された前記パルス状のプリレーザー光線を反射すると共に前記第２の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を透過して前記軸外し放物面鏡に導く第２の透過鏡とからなることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００３８】
かかる第１５の態様では、容易に高エネルギー電子発生装置を製造することができる。
【００３９】
本発明の第１６の態様は、第１２〜１５の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００４０】
かかる第１６の態様では、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００４１】
本発明の第１７の態様は、第１２〜１６の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００４２】
かかる第１７の態様では、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００４３】
本発明の第１８の態様は、第１１〜１７の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記固体試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記真空容器内に前記固体試料を巻き取る試料巻き取り手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００４４】
かかる第１８の態様では、高エネルギー電子を発生させた後、固定試料を所定の距離だけ巻き取ることで固定試料の別の部分にパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を照射させることができるので、連続して高エネルギー電子を発生させることができる。
【００４５】
本発明の第１９の態様は、パルス状のレーザー光線により電離すると共に高エネルギー電子を発生させる固体試料と、前記高エネルギー電子により高エネルギーＸ線を発生させるＸ線変換材とが真空容器内に設けられた高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成すると共に前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００４６】
かかる第１９の態様では、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【００４７】
本発明の第２０の態様は、第１９の態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００４８】
かかる第２０の態様では、容易に高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００４９】
本発明の第２１の態様は、第２０の態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００５０】
かかる第２１の態様では、より多くの高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００５１】
本発明の第２２の態様は、第２０の態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、パルス状のソースレーザー光線を前記パルス状のレーザー光線と前記パルス状のプリレーザー光線とに分割する分割手段と、前記パルス状のレーザー光線の行程を前記パルス状のプリレーザー光線の行程よりも長くするための行程差設定手段とを前記真空容器内にさらに設けたことを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００５２】
かかる第２２の態様では、パルス状のプリレーザーを容易に制御できる高エネルギーＸ線発生装置を製造することができる。
【００５３】
本発明の第２３の態様は、第２２の態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線を前記固体試料に集光させる軸外し放物面鏡が前記真空容器内にさらに設けられ、前記分割手段は、前記パルス状のソースレーザー光線の一部を前記パルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りを前記パルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡であり、前記行程差設定手段は、前記第１の透過鏡を透過した前記パルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡と、前記第１の透過鏡により反射された前記パルス状のプリレーザー光線を反射すると共に前記第２の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を透過して前記軸外し放物面鏡に導く第２の透過鏡とからなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００５４】
かかる第２３の態様では、容易に高エネルギー電子発生装置を製造することができる。
【００５５】
本発明の第２４の態様では、第２０〜２３の何れかの態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００５６】
かかる第２４の態様では、より多くの高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００５７】
本発明の第２５の態様は、第２０〜２４の何れかの態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００５８】
かかる第２５の態様では、より高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００５９】
本発明の第２６の態様では、第１９〜２５の何れかの態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記固体試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記真空容器内に前記固体試料を巻き取る試料巻き取り手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００６０】
かかる第２６の態様では、高エネルギーＸ線を発生させた後、固定試料を所定の距離だけ巻き取ることで固定試料の別の部分にパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を照射させることができるので、連続して高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明によれば、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる高エネルギー電子発生方法及びそれを用いた高エネルギー電子発生装置、並びに高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる高エネルギーＸ線発生方法及びそれを用いた高エネルギーＸ線発生装置を提供することができるので、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子又は高エネルギーＸ線を必要とする材料劣化診断、癌治療などを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。
【００６３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る高エネルギー電子発生装置の概略図である。図１に示すように、本発明に係る高エネルギー電子発生装置１は、パルス状のレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段１０と、レーザー光線発振手段１０から発振されたパルス状のレーザー光線を反射する入口反射鏡２０と、入口反射鏡２０により反射されたパルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡３０と、第１の反射鏡３０により反射されたパルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡４０と、第２の反射鏡４０により反射されたパルス状のレーザー光線をさらに反射させることによって集光させる軸外し放物面鏡（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ）５０と、軸外し放物面鏡５０により集光させられたパルス状のレーザー光線の照射により電離すると共に高エネルギー電子を発生させるテープ状の固体試料６０と、レーザー光線を照射するごとに固体試料６０を巻き取ってパルス状のレーザー光線が当たる部分をずらすことができる試料巻き取り手段６１と、パルス状のレーザー光線によって発生した高エネルギー電子を検出する検出手段７０とを具備しており、それらが真空容器である真空チャンバ９０の中に設けられたものである。そして、本実施形態の高エネルギー電子発生装置１は、レーザー光線発振手段１０から発振されたパルス状のレーザー光線及びそのパルス状のレーザー光線の前に発振されるパルス状のプリレーザー光線を固体試料６０に入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させるものである。なお、パルス状のプリレーザー光線とは、パルス状のレーザー光線の一種であり、パルス状のレーザー光線が固体試料６０に入射する前に固体試料６０に入射し、かつそのパルス状のレーザー光線の強度よりも小さい強度を有するものである。以下に、本実施形態の高エネルギー電子発生装置１を構成する各構成要素について具体的に説明する。
【００６４】
レーザー光線発振手段１０は、パルス状のプリレーザー光線を発振でき、かつその後にパルス状のレーザー光線を発振することができるものであれば特に限定されないが、超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線を発振できるものが好ましい。超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線を発振できるものを用いると、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００６５】
レーザー光線発振手段１０により発振されるパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線は、パルス状のレーザー光線の強度よりもパルス状のプリレーザー光線の強度の方が小さければ特に限定されない。
【００６６】
また、パルス状のプリレーザー光線が固体試料６０に入射してからパルス状のレーザー光線が固体試料６０に入射するまでの時間は、パルス状のプリレーザー光線を固体試料６０に入射させて固体試料６０の表面又は一部からプラズマを発生させ、そのプラズマの密度が臨界プラズマ密度以下であるときにパルス状のレーザー光線を入射させることができるのであれば特に限定されないが、その時間が０．０１〜１００ｎｓの範囲にあるものが好ましい。この範囲を満たすようにパルス状のレーザー光線を固体試料に入射させると、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００６７】
ここで、臨界プラズマ密度とは、パルス状のレーザー光線を上述したプラズマに入射させた際に、そのパルス状のレーザー光線を透過させないための必要充分なプラズマの密度、すなわちパルス状のレーザー光線の透過率が０％になる際のプラズマ密度をいう。
【００６８】
固体試料６０は、パルス状のレーザー光線により高エネルギー電子を生成させることができるものであれば材質は特に限定されない。したがって、例えば金属やプラスチックなどであってもよいが、より原子番号の大きい原子からなるものが好ましい。より原子番号の大きい原子からなるものを用いると、より多くの高エネルギー電子を生成することができる。また、固体試料６０の形状についても、パルス状のレーザー光線により高エネルギー電子を生成させることができるものであれば特に限定されない。しかしながら、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子を得ることができるように、より薄いテープ状の形状を有する方が好ましい。固体試料６０としては、例えばＣｕ金属膜などが挙げられる。
【００６９】
試料巻き取り手段６１は、テープ状の固体試料６０を破損させることなく巻き取ることができるものであれば特に限定されない。固体試料巻き取り手段６１を用いると、パルス状のレーザー光線を照射して高エネルギー電子を発生させた後、テープ状の固体試料６０を所定の距離だけ巻き取ることにより固体試料６０の別の部分にパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を照射させることができるので、連続して高エネルギー電子を発生させることができる。
【００７０】
入口反射鏡２０、第１の反射鏡３０、第２の反射鏡４０は、パルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を所定の方向に反射させることができるものであれば特に限定されないが、より反射率が高いものが好ましいのはいうまでもない。
【００７１】
軸外し放物面鏡５０は、パルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を反射して固体試料６０に集光させることができるものであれば特に限定されないが、より反射率が高く、かつパルス状のレーザー光線等をより小さく集光させることができるものが好ましいのはいうまでもない。
【００７２】
検出手段７０は、高エネルギー電子を検出することができるものであれば特に限定されない。検出手段７０としては、例えば電子スペクトルメータなどが挙げられる。
【００７３】
真空チャンバ９０は、内部の気圧が低下しても破損や形状変化が起こらないものであれば特に限定されないが、内部を１０−３Ｔｏｒｒ以下に減圧できるものが好ましい。
【００７４】
以上説明した高エネルギー電子発生装置１に、所定のパルス状のレーザー光線及びそのパルス状のレーザー光線の前に発振されるパルス状のプリレーザー光線を入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００７５】
次に、図１に示す高エネルギー電子発生装置１の動作について説明する。まず、レーザー光線発振手段１０により発振されたパルス状のレーザー光線及びそのパルス状のレーザー光線の前に発振されるパルス状のプリレーザー光線は、真空チャンバ９０内に入射し、入口反射鏡２０によって第１の反射鏡３０の方向に反射される。そして、入口反射鏡２０によって反射されたパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線は、図１に示すように第１の反射鏡３０及び第２の反射鏡４０によって次々と反射された後、軸外し放物面鏡５０の方向に反射される。そして、軸外し放物面鏡５０に入射したパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線は、反射されると共に集光されて固体試料６０に入射する。
【００７６】
ここで、上述したように、パルス状のプリレーザー光線は、パルス状のレーザー光線より前に発振されているので、パルス状のレーザー光線が固体試料６０に入射する前に固体試料６０に入射することになる。すると、パルス状のプリレーザー光線の入射により固体試料６０の表面又は一部の状態が変化してプラズマが発生する。そして、そのプラズマの密度が上述した臨界プラズマ密度以下の時にパルス状のレーザー光線が入射すると、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００７７】
以上、説明したように、本実施形態によれば、パルス状のレーザー光線が固体試料６０に入射する前にパルス状のプリレーザーを固体試料６０に入射させて固体試料６０の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにパルス状のレーザーを入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００７８】
（実施形態２）
実施形態１では、パルス状のレーザー光線とパルス状のプリレーザー光線とをレーザー光線発振手段１０で発振させることにより、最終的に高エネルギー電子を発生させている。しかしながら、以下に示すように、パルス状のソースレーザー光線のみをレーザー光線発振手段で発振させ、そのパルス状のソースレーザー光線からパルス状のレーザー光線とパルス状のプリレーザー光線とを生成して、高エネルギー電子を発生させるようにしてもよい。以下に図２を用いて、本発明の実施形態２に係る高エネルギー電子発生装置を具体的に説明する。
【００７９】
図２は、実施形態２に係る高エネルギー電子発生装置の概略図である。図２に示すように、本発明に係る高エネルギー電子発生装置１Ａは、パルス状のソースレーザー光線を発生させるレーザー光線発振手段１０Ａと、レーザー光線発振手段１０Ａから発振されたパルス状のソースレーザー光線を反射する入口反射鏡２０Ａと、入口反射鏡２０Ａにより反射されたパルス状のソースレーザー光線の一部をパルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りをパルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡３１Ａと、第１の透過鏡３１Ａを透過したパルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡３０Ａと、第１の反射鏡３０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡４０Ａと、第１の透過鏡３１Ａにより反射されたパルス状のプリレーザー光線を反射すると共に第２の反射鏡４０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線を透過して軸外し放物面鏡（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ）５０Ａの方向に導く第２の透過鏡４１Ａと、第２の透過鏡４１Ａによって導かれたレーザー光線及びプリレーザー光線をさらに反射させることによって集光させる軸外し放物面鏡５０Ａと、軸外し放物面鏡５０Ａにより集光させられたレーザー光線の照射により電離すると共に高エネルギー電子を発生させるテープ状の固体試料６０Ａと、パルス状のレーザー光線を照射するごとに固体試料６０Ａを巻き取ってパルス状のレーザー光線が当たる部分をずらすことができる試料巻き取り手段６１Ａと、パルス状のレーザー光線によって発生した高エネルギー電子を検出する検出手段７０Ａとを具備しており、それらが真空容器である真空チャンバ９０Ａの中に設けられたものである。
【００８０】
そして、本実施形態において、パルス状のソースレーザー光線をパルス状のレーザー光線とパルス状のプリレーザー光線とに分割するための分割手段は、パルス状のソースレーザー光線の一部を前記パルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りを前記パルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡３１Ａである。
【００８１】
一方、パルス状のレーザー光線の行程をパルス状のプリレーザー光線の行程よりも長くするための行程差設定手段は、第１の透過鏡３１Ａを透過したパルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡３０Ａと、第１の反射鏡３０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡４０Ａと、第１の透過鏡３１Ａにより反射されたパルス状のプリレーザー光線を反射すると共に第２の反射鏡４０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線を透過して軸外し放物面鏡５０Ａに導く第２の透過鏡４１Ａとからなっている。そして、パルス状のレーザー光線は、第１の透過鏡３１Ａから第２の透過鏡４１Ａまでの距離と、第１の反射鏡３０Ａから第２の反射鏡４０Ａまでの距離が等しいことから、第１の透過鏡３１Ａから第１の反射鏡３０Ａまでの距離と、第２の反射鏡４０Ａから第２の透過鏡４１Ａまでの距離とを合計した距離だけ、パルス状のプリレーザー光線より行程が長くなっている。すなわち、この距離をパルス状のレーザー光線が通過するために要する時間だけ、パルス状のプリレーザー光線は、パルス状のレーザー光線が固体試料６０Ａに入射するより前に固体試料６０に入射することになる。なお、第１の透過鏡３１Ａから第１の反射鏡３０Ａまでの距離及び第２の反射鏡４０Ａから第２の透過鏡４１Ａまでの距離は、パルス状のプレリーザーを固体試料６０Ａに入射させて固体試料６０Ａの表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにパルス状のレーザーを入射させることができるのであれば、特に限定されないが、パルス状のプリレーザー光線が固体試料６０に入射してからパルス状のレーザー光線が固体試料６０に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓの範囲になるように設定するのが好ましい。この範囲を満たすようにパルス状のレーザー光線を固体試料に入射させると、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００８２】
そして、本実施形態の高エネルギー電子発生装置１Ａは、上述したパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を固体試料６０Ａに入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させるものである。なお、本実施形態においても、パルス状のプリレーザー光線とは、パルス状のレーザー光線の一種であり、パルス状のレーザー光線が固体試料６０Ａに入射する前に固体試料６０Ａに入射し、かつパルス状のレーザー光線の強度よりも小さい強度を有するものである。以下に、本実施形態の高エネルギー電子発生装置１Ａを構成する構成要素について具体的に説明する。
【００８３】
レーザー光線発振手段１０Ａは、パルス状のパルス状のソースレーザー光線を発振することができるものであれば特に限定されないが、超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線を発振できるものが好ましい。超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線を発振できるものを用いると、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００８４】
第１の透過鏡３１Ａは、パルス状のソースレーザー光線の一部をパルス状のプリレーザー光線として反射することができると共に、残りのパルス状のソースレーザー光線を透過することができるものであれば特に限定されないが、透過率が５０％より大きいものが好ましい。
【００８５】
第２の透過鏡４１Ａは、第１の透過鏡３１Ａにより反射されたパルス状のプリレーザー光線を反射すると共に第２の反射鏡４０Ａにより反射されたレーザー光線を透過して軸外し放物面鏡５０Ａに導くことができるものであれば特に限定されない。
【００８６】
第１の反射鏡及び第２の反射鏡は、第１の透過鏡を透過したレーザー光線を反射することができるものであれば特に限定されないが、より反射率が高いものが好ましいのはいうまでもない。
【００８７】
その他の構成要素については、実施形態１と同様であり、実施形態１の構成要素と同一の符号に「Ａ」を付してある。
【００８８】
次に、図２に示す高エネルギー電子発生装置１Ａの動作について説明する。まず、レーザー光線発振手段１０Ａにより発振されたパルス状のソースレーザー光線は、真空チャンバ９０Ａ内に入射し、入口反射鏡２０Ａによって第１の透過鏡３１Ａの方向に反射される。
【００８９】
入口反射鏡２０Ａによって反射されたパルス状のソースレーザー光線は、第１の透過鏡３１Ａに入射して、パルス状のソースレーザー光線の一部はパルス状のプリレーザー光線として反射されると共に、残りのパルス状のソースレーザー光線はパルス状のレーザー光線として透過する。そして第１の透過鏡３１Ａにより反射されたパルス状のプリレーザー光線は、図２に示すように、第２の透過鏡４１Ａによって反射された後、軸外し放物面鏡５０Ａの方向に反射される。
【００９０】
一方、第１の透過鏡３１Ａを透過したパルス状のレーザー光線は、第１の反射鏡３０Ａにより第２の反射鏡４０Ａの方向に反射される。そして第１の反射鏡３０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線は第２の反射鏡４０Ａにより第２の透過鏡４１Ａの方向に反射される。第２の反射鏡４０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線は、第２の透過鏡４１Ａを透過し、パルス状のプリレーザー光線と同様に軸外し放物面鏡５０Ａの方向に反射される。
【００９１】
そして、軸外し放物面鏡５０Ａに入射したプリレーザー光線及びレーザー光線は反射されると共に集光されて固体試料６０Ａに入射する。すると、実施形態１と同様に、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００９２】
以上、説明したように、本実施形態によれば、容易に高エネルギー電子発生装置を製造することができると共に、パルス状のレーザー光線が固体試料６０Ａに入射する前にパルス状のプリレーザーを固体試料６０Ａに入射させて固体試料６０Ａの表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにパルス状のレーザーを入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００９３】
（実施形態３）
実施形態１では、上述したようにして高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させたが、図３に示すように、実施形態１の高エネルギー電子発生装置１と同じ構成要素を真空容器である真空チャンバ９０Ｂ内に設け、その軸外し放物面鏡５０Ｂと固体試料６０Ｂとの間にＸ線変換材８０Ｂをさらに設けて高エネルギーＸ線発生装置１Ｂとしてもよい。
【００９４】
このような構成とすることにより、実施形態１の高エネルギー電子発生装置と同様にしてパルス状のレーザー光線を固体試料に入射させて発生させた高エネルギー電子を、さらにＸ線変換材に入射させて高エネルギーＸ線を固体試料６０Ｂに入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【００９５】
Ｘ線変換材８０Ｂは、高エネルギー電子が入射した際にＸ線を発生させることができるものであれば特に限定されないが、原子番号が大きい原子で構成されたものが好ましく、特にＰｂで構成されたものが好ましい。原子番号が大きい原子で構成されたもの、特にＰｂで構成されたものを用いると、より多くのＸ線を発生させることができる。
【００９６】
検出手段７０Ｂは、高エネルギーＸ線を検出することができるものであれば特に限定されない。検出手段７０Ｂとしては、例えばＸ線シンチレータなどが挙げられる。
【００９７】
その他の構成要素については、実施形態１と同様である。なお、実施形態１と同じ構成要素については、実施形態１の同一符号に「Ｂ」を付してある。
【００９８】
次に、図３に示す高エネルギーＸ線発生装置１Ｂの動作について説明する。まず、固体試料６０Ｂから高エネルギー電子が発生するまでの動作は実施形態１と同様である。そして、その発生した高エネルギー電子がＸ線変換材８０Ｂに入射すると、高エネルギーＸ線が発生する。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態によれば、パルス状のレーザー光線が固体試料６０Ｂに入射する前にパルス状のプリレーザーを固体試料６０Ｂに入射させて固体試料６０Ｂの表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにパルス状のレーザーを入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【０１００】
（実施形態４）
実施形態２では、上述したようにして高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させたが、図４に示すように、実施形態２の高エネルギー電子発生装置１Ａと同じ構成要素を真空容器である真空チャンバ９０Ｃ内に設け、その軸外し放物面鏡５０Ｃと固体試料６０Ｃとの間にＸ線変換材８０Ｃをさらに設けて高エネルギーＸ線発生装置１Ｃとしてもよい。このような構成とすることにより、容易に高エネルギーＸ線発生装置を製造することができると共に、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【０１０１】
Ｘ線変換材８０Ｃは、高エネルギー電子が入射した際にＸ線を発生させることができるものであれば特に限定されないが、原子番号が大きい原子で構成されたものが好ましく、特にＰｂで構成されたものが好ましい。原子番号が大きい原子で構成されたもの、特にＰｂで構成されたものを用いると、より多くのＸ線を発生させることができる。
【０１０２】
検出手段７０Ｃは、高エネルギーＸ線を検出することができるものであれば特に限定されない。検出手段７０Ｃとしては、例えばＸ線シンチレータなどが挙げられる。
【０１０３】
その他の構成要素については、実施形態２と同様である。なお、実施形態２と同じ構成要素については、実施形態２の同一符号の末尾の「Ａ」に代えて「Ｃ」を付してある。
【０１０４】
次に、図４に示す高エネルギーＸ線発生装置１Ｃの動作について説明する。まず、固体試料６０Ｃから高エネルギー電子が発生するまでの動作は実施形態２と同様である。そして、その発生した高エネルギー電子がＸ線変換材８０Ｃに入射すると、高エネルギーＸ線が発生する。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態によれば、より容易に高エネルギーＸ線発生装置１Ｃを製造することができると共に、パルス状のレーザー光線が固体試料６０Ｃに入射する前にパルス状のプリレーザーを固体試料６０Ｃに入射させて固体試料６０Ｃの表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにパルス状のレーザーを入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【０１０６】
（実施例１）
図１に示す高エネルギー電子発生装置１において、レーザー光線発振手段１０としてパルス幅７０ｆｓで１９０ｍＪのエネルギーを有する波長８００ｎｍのパルスレーザー光線を発振することができるチタンサファイアレーザー装置を、固体試料６０として厚さが５μｍの銅箔を、検出手段７０として電子スペクトルメータを用いて高エネルギー電子を測定した。
【０１０７】
なお、実施例１では、パルス状のレーザー光線として強度が３．０×１０１８Ｗ／ｃｍ２のメインパルスと、図５に示すように、パルス状のプリレーザー光線として複数のプリパルスとを高エネルギー電子発生装置１に入射させた。第１のプリパルスは、メインパルスの１８ｎｓ前に発振され、その強度はメインパルスの強度を１００％とした際に０．００２６％となるものである。第２のプリパルスは、メインパルスの９ｎｓ前に発振され、その強度はメインパルスの強度を１００％とした際に０．００２６％となるものである。第３のプリパルスは、メインパルスの５ｎｓ前に発振され、その強度はメインパルスの強度を１００％とした際に７％となるものである。
【０１０８】
（実施例２）
固体試料以外は、実施例１と同様の高エネルギー電子発生装置１を用いて高エネルギー電子を測定した。実施例２では、固体試料６０として厚さが７．５μｍのポリイミドフィルムを用いた。
【０１０９】
なお、実施例２では、パルス状のレーザー光線として強度が３．５×１０１８Ｗ／ｃｍ２のメインパルスと、パルス状のプリレーザー光線として単独のプリパルスを高エネルギー電子発生装置１に入射させた。このプリパルスは、メインパルスの５ｎｓ前に発振され、その強度はメインパルスの強度を１００％とした際に８．３％となるものである。
【０１１０】
（比較例１）
パルス状のレーザー光線として実施例１のメインパルスと同様のメインパルスと、図５に示すように、パルス状のレーザー光線としてメインパルスの５ｎｓ前に発振され、その強度がメインパルスの強度を１００％とした際に５％となるプリパルスとを高エネルギー電子発生装置１に入射させた。
【０１１１】
（比較例２）
実施例１及び比較例１と異なり、実質的にプリパルスがなく、図５に示すように、実施例１のメインパルスと同様のパルスのみを高エネルギー電子発生装置１に入射させた。
【０１１２】
（比較例３）
プリパルスを入射させずに、実施例２のメインパルスと同様のパルスのみを高エネルギー電子発生装置１に入射させた。
【０１１３】
（実験結果１）
まず、実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれにおいて検出器の代わりにスペクトルアナライザーを設置して、メインパルスを入射させた際に銅箔を透過する光のスペクトルを観測した。この観測結果によると、実施例１では波長８００ｎｍの光が観測されたが、比較例１及び比較例２では観測されなかった。このことは、実施例１では、チタンサファイアレーザー装置から発振されたパルスレーザーが観測されたことを示し、比較例１及び比較例２では観測されなかったことを示している。すなわち、実施例１ではプレパルスにより銅箔の表面又は一部が臨界プラズマ密度以下のプラズマにメインパルスが入射したのでメインパルスが透過して観測されたことを示し、比較例１では臨界プラズマ密度以上のプラズマにメインパルスが入射したのでメインパルスが透過せずに観測されなかったことを示し、比較例２では銅箔にメインパルスが入射してもメインパルスが透過しなかったのでメインパルスが観測されなかったことを示している。したがって、この観測結果によると、実施例１のみにおいて、臨界プラズマ密度以下のプラズマにメインパルスが入射したことを示している。
【０１１４】
次に、実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれで発生した高エネルギー電子の電子エネルギースペクトルを測定した。その測定結果を図６に示す。図６に示すように、実施例１では、比較例１及び比較例２と比較して、多数の高いエネルギーを有する高エネルギー電子が発生したことが分かった。すなわち、メインパルスを固体試料に入射させる前に、プレパルスを固体試料に入射させて固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにメインパルスを入射させることにより、多数の高いエネルギーを有する高エネルギー電子が発生することが分かった。
【０１１５】
（実験結果２）
実施例２及び比較例３において発生した電子の発散角度分布及び電子エネルギースペクトルを測定した。その測定結果を図７及び図８に示す。図７は、実施例２及び比較例３において発生した電子の発散角度分布を示す図である。ここで、各発散角度分布は各発散角度分布において最も多く発生した電子数で規格化してある。図８は、実施例２及び比較例３において発生した電子の電子エネルギースペクトルを示す図である。
【０１１６】
図７に示すように、実施例２において発生した高エネルギー電子の発散角は約１０度であり、比較例３において発生した高エネルギー電子の発散角（約８０度）と比較して小さいことが分かった。すなわち、メインパルスを固体試料に入射させる前に、プレパルスを固体試料に入射させて固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにメインパルスを入射させることにより、高い指向性を有する高エネルギー電子が発生することが分かった。
【０１１７】
また、図８に示すように、実施例２において発生した高エネルギー電子の電子エネルギースペクトルは１．０ＭｅＶ近辺にピークを有するが、比較例３において発生した高エネルギー電子の電子エネルギースペクトルはそのようなピークを有しないことが分かった。すなわち、メインパルスを固体試料に入射させる前に、プレパルスを固体試料に入射させて固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにメインパルスを入射させることにより、エネルギーレベルの揃った高エネルギー電子が多数発生することが分かった。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】実施形態１に係る高エネルギー電子発生装置の概略図である。
【図２】実施形態２に係る高エネルギー電子発生装置の概略図である。
【図３】実施形態３に係る高エネルギーＸ線発生装置の概略図である。
【図４】実施形態４に係る高エネルギーＸ線発生装置の概略図である。
【図５】実施例１、比較例１及び比較例２で用いたメインパルス及びプリパルスを示す図である。
【図６】実施例１、比較例１及び比較例２で発生した電子エネルギースペクトルを示す図である。
【図７】実施例２及び比較例３で発生した高エネルギー電子の発散角度分布を示す図である。
【図８】実施例２及び比較例３で発生した電子エネルギースペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１、１Ａ 高エネルギー電子発生装置
１Ｂ、１Ｃ 高エネルギーＸ線発生装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ レーザー光線発振手段
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 入口反射鏡
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 反射鏡
３１Ａ、３１Ｃ 第１の透過鏡
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 第２の反射鏡
４１Ａ、４１Ｃ 第２の反射鏡
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 軸外し放物面鏡
６０、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ 固体試料
６１ 固体試料巻き取り手段
７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ 検出手段
８０Ｂ、８０Ｃ Ｘ線変換材
９０、９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ 真空チャンバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス状のレーザー光線を利用した高エネルギー電子発生方法及びそれを用いた高エネルギー電子発生装置並びにパルス状のレーザー光線を利用した高エネルギーＸ線発生方法及びそれを用いた高エネルギーＸ線発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、超短パルス高強度レーザーのレーザー光線を金属箔やプラスチックフィルム等の固体試料の表面に瞬間的に集光することで高エネルギー粒子を容易に生成できることが知られており、それによって得られた高エネルギー粒子を利用した材料劣化診断、レーザー核融合、癌治療などへの応用が期待されている。しかし、これらへの応用を考慮すると、レーザー装置自体を小型化することができる低エネルギーレーザー光線などを用いて、効率よく高エネルギー粒子が得られるようにする必要がある。
【０００３】
低エネルギーレーザー光線から高エネルギー粒子を発生させる方法として、例えばパルス状のレーザー光線のエネルギー密度（集光強度）を高くすることによって高エネルギー粒子を発生させる高エネルギー電子発生方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このような高エネルギー粒子発生方法を用いるためにはパルスレーザー光線が必要となる。そして、パルスレーザー光線を発振させる際には、パルスレーザー発振器の機構上、メインパルスレーザー光線が発振される前にプリパルスレーザー光線が発振される。このように発振されたプリパルスレーザー光線は、メインパルスレーザー光線が固体試料に入射する前に固体試料に入射することになるので、メインパルスレーザー光線が入射する前に固体試料の表面状態を変化させてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、従来はプリパルスレーザー光線の強度がなるべく小さくなるようにパルスレーザー発振器を調節することにより、メインパルスレーザー光線が入射する前に固体試料の表面状態を変化させないようにしていた（例えば非特許文献１及び２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１９１１２４号公報
【非特許文献１】Ａ．Ｊ．Ｍａｃｋｉｎｎｏｎ，Ｙ．Ｓｅｎｔｏｋｕ ｅｔ ａｌ．，”Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｒｏｔｏｎ Ａｃｃｅｌａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｈｏｔ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｈｉｎ Ｆｏｉｌｓ Ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ ｂｙ Ｕｌｔｒａｉｎｔｅｎｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｐｕｌｓｅｓ”，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８８，２１５００６（２００２）
【非特許文献２】Ｐ．ＭｃＫｅｎｎａ，Ｋ．Ｗ．Ｄ．Ｌｅｄｉｎｇｈａｍ ｅｔ ａｌ．，”Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｔｅｒａｗａｔｔ ｌａｓｅｒ−ｓｏｌｉｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｐｒｏｔｏｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ”，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．７３，４１７６（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑み、高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる高エネルギー電子発生方法及びそれを用いた高エネルギー電子発生装置、並びに高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる高エネルギーＸ線発生方法及びそれを用いた高エネルギーＸ線発生装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上述した従来の概念にとらわれることなく、プリパルスレーザー光線を固体試料に入射させて高エネルギー電子を発生させたところ、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができることを見出し、本発明に至った。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、パルス状のレーザー光線を固体試料に入射させて高エネルギー電子を発生させる高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に、前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成する工程と、前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させる工程とを具備することを特徴とする高エネルギー電子発生方法にある。
【００１０】
かかる第１の態様では、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギー電子発生方法にある。ここで、パルス状のプリレーザー光線とは、パルス状のレーザー光線の一種であり、パルス状のプリレーザー光線が固体試料に入射する前に固体試料に入射し、かつパルス状のレーザー光線の強度よりも小さい強度を有するものである。
【００１２】
かかる第２の態様では、容易に高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギー電子発生方法にある。
【００１４】
かかる第３の態様では、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、第２又は３の態様に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギー電子発生方法にある。
【００１６】
かかる第４の態様では、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第２〜４の何れかの記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギー電子発生方法にある。
【００１８】
かかる第５の態様では、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００１９】
本発明の第６の態様は、パルス状のレーザー光線を固体試料に入射させて発生させた高エネルギー電子を、さらにＸ線変換材に入射させて高エネルギーＸ線を発生させる高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に、前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成する工程と、前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させる工程とを具備することを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法にある。
【００２０】
かかる第６の態様では、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【００２１】
本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法にある。
【００２２】
かかる第７の態様では、容易に高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００２３】
本発明の第８の態様は、第７の態様に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法にある。
【００２４】
かかる第８の態様では、より多くの高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００２５】
本発明の第９の態様は、第７又は８に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法にある。
【００２６】
かかる第９の態様では、より多くの高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００２７】
本発明の第１０の態様は、第７〜９の何れかに記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法にある。
【００２８】
かかる第１０の態様では、より高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００２９】
本発明の第１１の態様は、パルス状のレーザー光線により電離可能な固体試料が真空容器内に設けられた高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成すると共に前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００３０】
かかる第１１の態様では、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００３１】
本発明の第１２の態様は、第１１の態様に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００３２】
かかる第１２の態様では、容易に高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００３３】
本発明の第１３の態様は、第１２の態様に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００３４】
かかる第１３の態様では、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００３５】
本発明の第１４の態様は、第１２の態様に記載の高エネルギー電子発生装置において、パルス状のソースレーザー光線を前記パルス状のレーザー光線と前記パルス状のプリレーザー光線とに分割する分割手段と、
前記パルス状のレーザー光線の行程を前記パルス状のプリレーザー光線の行程よりも長くするための行程差設定手段とを前記真空容器内にさらに設けたことを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００３６】
かかる第１４の態様では、パルス状のプリレーザーを容易に制御できる高エネルギー電子発生装置を製造することができる。
【００３７】
本発明の第１５の態様は、第１４の態様に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線を前記固体試料に集光させる軸外し放物面鏡が前記真空容器内にさらに設けられ、前記分割手段は、前記パルス状のソースレーザー光線の一部を前記パルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りを前記パルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡であり、前記行程差設定手段は、前記第１の透過鏡を透過した前記パルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡と、前記第１の透過鏡により反射された前記パルス状のプリレーザー光線を反射すると共に前記第２の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を透過して前記軸外し放物面鏡に導く第２の透過鏡とからなることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００３８】
かかる第１５の態様では、容易に高エネルギー電子発生装置を製造することができる。
【００３９】
本発明の第１６の態様は、第１２〜１５の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００４０】
かかる第１６の態様では、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００４１】
本発明の第１７の態様は、第１２〜１６の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００４２】
かかる第１７の態様では、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００４３】
本発明の第１８の態様は、第１１〜１７の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記固体試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記真空容器内に前記固体試料を巻き取る試料巻き取り手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギー電子発生装置にある。
【００４４】
かかる第１８の態様では、高エネルギー電子を発生させた後、固定試料を所定の距離だけ巻き取ることで固定試料の別の部分にパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を照射させることができるので、連続して高エネルギー電子を発生させることができる。
【００４５】
本発明の第１９の態様は、パルス状のレーザー光線により電離すると共に高エネルギー電子を発生させる固体試料と、前記高エネルギー電子により高エネルギーＸ線を発生させるＸ線変換材とが真空容器内に設けられた高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成すると共に前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００４６】
かかる第１９の態様では、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【００４７】
本発明の第２０の態様は、第１９の態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００４８】
かかる第２０の態様では、容易に高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００４９】
本発明の第２１の態様は、第２０の態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００５０】
かかる第２１の態様では、より多くの高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００５１】
本発明の第２２の態様は、第２０の態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、パルス状のソースレーザー光線を前記パルス状のレーザー光線と前記パルス状のプリレーザー光線とに分割する分割手段と、前記パルス状のレーザー光線の行程を前記パルス状のプリレーザー光線の行程よりも長くするための行程差設定手段とを前記真空容器内にさらに設けたことを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００５２】
かかる第２２の態様では、パルス状のプリレーザーを容易に制御できる高エネルギーＸ線発生装置を製造することができる。
【００５３】
本発明の第２３の態様は、第２２の態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線を前記固体試料に集光させる軸外し放物面鏡が前記真空容器内にさらに設けられ、前記分割手段は、前記パルス状のソースレーザー光線の一部を前記パルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りを前記パルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡であり、前記行程差設定手段は、前記第１の透過鏡を透過した前記パルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡と、前記第１の透過鏡により反射された前記パルス状のプリレーザー光線を反射すると共に前記第２の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を透過して前記軸外し放物面鏡に導く第２の透過鏡とからなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００５４】
かかる第２３の態様では、容易に高エネルギー電子発生装置を製造することができる。
【００５５】
本発明の第２４の態様では、第２０〜２３の何れかの態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００５６】
かかる第２４の態様では、より多くの高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００５７】
本発明の第２５の態様は、第２０〜２４の何れかの態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００５８】
かかる第２５の態様では、より高いエネルギーを有する高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【００５９】
本発明の第２６の態様では、第１９〜２５の何れかの態様に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記固体試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記真空容器内に前記固体試料を巻き取る試料巻き取り手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置にある。
【００６０】
かかる第２６の態様では、高エネルギーＸ線を発生させた後、固定試料を所定の距離だけ巻き取ることで固定試料の別の部分にパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を照射させることができるので、連続して高エネルギーＸ線を発生させることができる。
【発明の効果】
【００６１】
本発明によれば、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる高エネルギー電子発生方法及びそれを用いた高エネルギー電子発生装置、並びに高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる高エネルギーＸ線発生方法及びそれを用いた高エネルギーＸ線発生装置を提供することができるので、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子又は高エネルギーＸ線を必要とする材料劣化診断、癌治療などを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。
【００６３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る高エネルギー電子発生装置の概略図である。図１に示すように、本発明に係る高エネルギー電子発生装置１は、パルス状のレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段１０と、レーザー光線発振手段１０から発振されたパルス状のレーザー光線を反射する入口反射鏡２０と、入口反射鏡２０により反射されたパルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡３０と、第１の反射鏡３０により反射されたパルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡４０と、第２の反射鏡４０により反射されたパルス状のレーザー光線をさらに反射させることによって集光させる軸外し放物面鏡（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ）５０と、軸外し放物面鏡５０により集光させられたパルス状のレーザー光線の照射により電離すると共に高エネルギー電子を発生させるテープ状の固体試料６０と、レーザー光線を照射するごとに固体試料６０を巻き取ってパルス状のレーザー光線が当たる部分をずらすことができる試料巻き取り手段６１と、パルス状のレーザー光線によって発生した高エネルギー電子を検出する検出手段７０とを具備しており、それらが真空容器である真空チャンバ９０の中に設けられたものである。そして、本実施形態の高エネルギー電子発生装置１は、レーザー光線発振手段１０から発振されたパルス状のレーザー光線及びそのパルス状のレーザー光線の前に発振されるパルス状のプリレーザー光線を固体試料６０に入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させるものである。なお、パルス状のプリレーザー光線とは、パルス状のレーザー光線の一種であり、パルス状のレーザー光線が固体試料６０に入射する前に固体試料６０に入射し、かつそのパルス状のレーザー光線の強度よりも小さい強度を有するものである。以下に、本実施形態の高エネルギー電子発生装置１を構成する各構成要素について具体的に説明する。
【００６４】
レーザー光線発振手段１０は、パルス状のプリレーザー光線を発振でき、かつその後にパルス状のレーザー光線を発振することができるものであれば特に限定されないが、超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線を発振できるものが好ましい。超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線を発振できるものを用いると、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００６５】
レーザー光線発振手段１０により発振されるパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線は、パルス状のレーザー光線の強度よりもパルス状のプリレーザー光線の強度の方が小さければ特に限定されない。
【００６６】
また、パルス状のプリレーザー光線が固体試料６０に入射してからパルス状のレーザー光線が固体試料６０に入射するまでの時間は、パルス状のプリレーザー光線を固体試料６０に入射させて固体試料６０の表面又は一部からプラズマを発生させ、そのプラズマの密度が臨界プラズマ密度以下であるときにパルス状のレーザー光線を入射させることができるのであれば特に限定されないが、その時間が０．０１〜１００ｎｓの範囲にあるものが好ましい。この範囲を満たすようにパルス状のレーザー光線を固体試料に入射させると、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００６７】
ここで、臨界プラズマ密度とは、パルス状のレーザー光線を上述したプラズマに入射させた際に、そのパルス状のレーザー光線を透過させないための必要充分なプラズマの密度、すなわちパルス状のレーザー光線の透過率が０％になる際のプラズマ密度をいう。
【００６８】
固体試料６０は、パルス状のレーザー光線により高エネルギー電子を生成させることができるものであれば材質は特に限定されない。したがって、例えば金属やプラスチックなどであってもよいが、より原子番号の大きい原子からなるものが好ましい。より原子番号の大きい原子からなるものを用いると、より多くの高エネルギー電子を生成することができる。また、固体試料６０の形状についても、パルス状のレーザー光線により高エネルギー電子を生成させることができるものであれば特に限定されない。しかしながら、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子を得ることができるように、より薄いテープ状の形状を有する方が好ましい。固体試料６０としては、例えばＣｕ金属膜などが挙げられる。
【００６９】
試料巻き取り手段６１は、テープ状の固体試料６０を破損させることなく巻き取ることができるものであれば特に限定されない。固体試料巻き取り手段６１を用いると、パルス状のレーザー光線を照射して高エネルギー電子を発生させた後、テープ状の固体試料６０を所定の距離だけ巻き取ることにより固体試料６０の別の部分にパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を照射させることができるので、連続して高エネルギー電子を発生させることができる。
【００７０】
入口反射鏡２０、第１の反射鏡３０、第２の反射鏡４０は、パルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を所定の方向に反射させることができるものであれば特に限定されないが、より反射率が高いものが好ましいのはいうまでもない。
【００７１】
軸外し放物面鏡５０は、パルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を反射して固体試料６０に集光させることができるものであれば特に限定されないが、より反射率が高く、かつパルス状のレーザー光線等をより小さく集光させることができるものが好ましいのはいうまでもない。
【００７２】
検出手段７０は、高エネルギー電子を検出することができるものであれば特に限定されない。検出手段７０としては、例えば電子スペクトルメータなどが挙げられる。
【００７３】
真空チャンバ９０は、内部の気圧が低下しても破損や形状変化が起こらないものであれば特に限定されないが、内部を１０−３Ｔｏｒｒ以下に減圧できるものが好ましい。
【００７４】
以上説明した高エネルギー電子発生装置１に、所定のパルス状のレーザー光線及びそのパルス状のレーザー光線の前に発振されるパルス状のプリレーザー光線を入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００７５】
次に、図１に示す高エネルギー電子発生装置１の動作について説明する。まず、レーザー光線発振手段１０により発振されたパルス状のレーザー光線及びそのパルス状のレーザー光線の前に発振されるパルス状のプリレーザー光線は、真空チャンバ９０内に入射し、入口反射鏡２０によって第１の反射鏡３０の方向に反射される。そして、入口反射鏡２０によって反射されたパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線は、図１に示すように第１の反射鏡３０及び第２の反射鏡４０によって次々と反射された後、軸外し放物面鏡５０の方向に反射される。そして、軸外し放物面鏡５０に入射したパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線は、反射されると共に集光されて固体試料６０に入射する。
【００７６】
ここで、上述したように、パルス状のプリレーザー光線は、パルス状のレーザー光線より前に発振されているので、パルス状のレーザー光線が固体試料６０に入射する前に固体試料６０に入射することになる。すると、パルス状のプリレーザー光線の入射により固体試料６０の表面又は一部の状態が変化してプラズマが発生する。そして、そのプラズマの密度が上述した臨界プラズマ密度以下の時にパルス状のレーザー光線が入射すると、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００７７】
以上、説明したように、本実施形態によれば、パルス状のレーザー光線が固体試料６０に入射する前にパルス状のプリレーザーを固体試料６０に入射させて固体試料６０の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにパルス状のレーザーを入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００７８】
（実施形態２）
実施形態１では、パルス状のレーザー光線とパルス状のプリレーザー光線とをレーザー光線発振手段１０で発振させることにより、最終的に高エネルギー電子を発生させている。しかしながら、以下に示すように、パルス状のソースレーザー光線のみをレーザー光線発振手段で発振させ、そのパルス状のソースレーザー光線からパルス状のレーザー光線とパルス状のプリレーザー光線とを生成して、高エネルギー電子を発生させるようにしてもよい。以下に図２を用いて、本発明の実施形態２に係る高エネルギー電子発生装置を具体的に説明する。
【００７９】
図２は、実施形態２に係る高エネルギー電子発生装置の概略図である。図２に示すように、本発明に係る高エネルギー電子発生装置１Ａは、パルス状のソースレーザー光線を発生させるレーザー光線発振手段１０Ａと、レーザー光線発振手段１０Ａから発振されたパルス状のソースレーザー光線を反射する入口反射鏡２０Ａと、入口反射鏡２０Ａにより反射されたパルス状のソースレーザー光線の一部をパルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りをパルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡３１Ａと、第１の透過鏡３１Ａを透過したパルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡３０Ａと、第１の反射鏡３０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡４０Ａと、第１の透過鏡３１Ａにより反射されたパルス状のプリレーザー光線を反射すると共に第２の反射鏡４０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線を透過して軸外し放物面鏡（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ）５０Ａの方向に導く第２の透過鏡４１Ａと、第２の透過鏡４１Ａによって導かれたレーザー光線及びプリレーザー光線をさらに反射させることによって集光させる軸外し放物面鏡５０Ａと、軸外し放物面鏡５０Ａにより集光させられたレーザー光線の照射により電離すると共に高エネルギー電子を発生させるテープ状の固体試料６０Ａと、パルス状のレーザー光線を照射するごとに固体試料６０Ａを巻き取ってパルス状のレーザー光線が当たる部分をずらすことができる試料巻き取り手段６１Ａと、パルス状のレーザー光線によって発生した高エネルギー電子を検出する検出手段７０Ａとを具備しており、それらが真空容器である真空チャンバ９０Ａの中に設けられたものである。
【００８０】
そして、本実施形態において、パルス状のソースレーザー光線をパルス状のレーザー光線とパルス状のプリレーザー光線とに分割するための分割手段は、パルス状のソースレーザー光線の一部を前記パルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りを前記パルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡３１Ａである。
【００８１】
一方、パルス状のレーザー光線の行程をパルス状のプリレーザー光線の行程よりも長くするための行程差設定手段は、第１の透過鏡３１Ａを透過したパルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡３０Ａと、第１の反射鏡３０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡４０Ａと、第１の透過鏡３１Ａにより反射されたパルス状のプリレーザー光線を反射すると共に第２の反射鏡４０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線を透過して軸外し放物面鏡５０Ａに導く第２の透過鏡４１Ａとからなっている。そして、パルス状のレーザー光線は、第１の透過鏡３１Ａから第２の透過鏡４１Ａまでの距離と、第１の反射鏡３０Ａから第２の反射鏡４０Ａまでの距離が等しいことから、第１の透過鏡３１Ａから第１の反射鏡３０Ａまでの距離と、第２の反射鏡４０Ａから第２の透過鏡４１Ａまでの距離とを合計した距離だけ、パルス状のプリレーザー光線より行程が長くなっている。すなわち、この距離をパルス状のレーザー光線が通過するために要する時間だけ、パルス状のプリレーザー光線は、パルス状のレーザー光線が固体試料６０Ａに入射するより前に固体試料６０に入射することになる。なお、第１の透過鏡３１Ａから第１の反射鏡３０Ａまでの距離及び第２の反射鏡４０Ａから第２の透過鏡４１Ａまでの距離は、パルス状のプレリーザーを固体試料６０Ａに入射させて固体試料６０Ａの表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにパルス状のレーザーを入射させることができるのであれば、特に限定されないが、パルス状のプリレーザー光線が固体試料６０に入射してからパルス状のレーザー光線が固体試料６０に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓの範囲になるように設定するのが好ましい。この範囲を満たすようにパルス状のレーザー光線を固体試料に入射させると、より多くの高エネルギー電子を発生させることができる。
【００８２】
そして、本実施形態の高エネルギー電子発生装置１Ａは、上述したパルス状のレーザー光線及びパルス状のプリレーザー光線を固体試料６０Ａに入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させるものである。なお、本実施形態においても、パルス状のプリレーザー光線とは、パルス状のレーザー光線の一種であり、パルス状のレーザー光線が固体試料６０Ａに入射する前に固体試料６０Ａに入射し、かつパルス状のレーザー光線の強度よりも小さい強度を有するものである。以下に、本実施形態の高エネルギー電子発生装置１Ａを構成する構成要素について具体的に説明する。
【００８３】
レーザー光線発振手段１０Ａは、パルス状のパルス状のソースレーザー光線を発振することができるものであれば特に限定されないが、超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線を発振できるものが好ましい。超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線を発振できるものを用いると、より高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させることができる。
【００８４】
第１の透過鏡３１Ａは、パルス状のソースレーザー光線の一部をパルス状のプリレーザー光線として反射することができると共に、残りのパルス状のソースレーザー光線を透過することができるものであれば特に限定されないが、透過率が５０％より大きいものが好ましい。
【００８５】
第２の透過鏡４１Ａは、第１の透過鏡３１Ａにより反射されたパルス状のプリレーザー光線を反射すると共に第２の反射鏡４０Ａにより反射されたレーザー光線を透過して軸外し放物面鏡５０Ａに導くことができるものであれば特に限定されない。
【００８６】
第１の反射鏡及び第２の反射鏡は、第１の透過鏡を透過したレーザー光線を反射することができるものであれば特に限定されないが、より反射率が高いものが好ましいのはいうまでもない。
【００８７】
その他の構成要素については、実施形態１と同様であり、実施形態１の構成要素と同一の符号に「Ａ」を付してある。
【００８８】
次に、図２に示す高エネルギー電子発生装置１Ａの動作について説明する。まず、レーザー光線発振手段１０Ａにより発振されたパルス状のソースレーザー光線は、真空チャンバ９０Ａ内に入射し、入口反射鏡２０Ａによって第１の透過鏡３１Ａの方向に反射される。
【００８９】
入口反射鏡２０Ａによって反射されたパルス状のソースレーザー光線は、第１の透過鏡３１Ａに入射して、パルス状のソースレーザー光線の一部はパルス状のプリレーザー光線として反射されると共に、残りのパルス状のソースレーザー光線はパルス状のレーザー光線として透過する。そして第１の透過鏡３１Ａにより反射されたパルス状のプリレーザー光線は、図２に示すように、第２の透過鏡４１Ａによって反射された後、軸外し放物面鏡５０Ａの方向に反射される。
【００９０】
一方、第１の透過鏡３１Ａを透過したパルス状のレーザー光線は、第１の反射鏡３０Ａにより第２の反射鏡４０Ａの方向に反射される。そして第１の反射鏡３０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線は第２の反射鏡４０Ａにより第２の透過鏡４１Ａの方向に反射される。第２の反射鏡４０Ａにより反射されたパルス状のレーザー光線は、第２の透過鏡４１Ａを透過し、パルス状のプリレーザー光線と同様に軸外し放物面鏡５０Ａの方向に反射される。
【００９１】
そして、軸外し放物面鏡５０Ａに入射したプリレーザー光線及びレーザー光線は反射されると共に集光されて固体試料６０Ａに入射する。すると、実施形態１と同様に、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００９２】
以上、説明したように、本実施形態によれば、容易に高エネルギー電子発生装置を製造することができると共に、パルス状のレーザー光線が固体試料６０Ａに入射する前にパルス状のプリレーザーを固体試料６０Ａに入射させて固体試料６０Ａの表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにパルス状のレーザーを入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギー電子を多数発生させることができる。
【００９３】
（実施形態３）
実施形態１では、上述したようにして高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させたが、図３に示すように、実施形態１の高エネルギー電子発生装置１と同じ構成要素を真空容器である真空チャンバ９０Ｂ内に設け、その軸外し放物面鏡５０Ｂと固体試料６０Ｂとの間にＸ線変換材８０Ｂをさらに設けて高エネルギーＸ線発生装置１Ｂとしてもよい。
【００９４】
このような構成とすることにより、実施形態１の高エネルギー電子発生装置と同様にしてパルス状のレーザー光線を固体試料に入射させて発生させた高エネルギー電子を、さらにＸ線変換材に入射させて高エネルギーＸ線を固体試料６０Ｂに入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【００９５】
Ｘ線変換材８０Ｂは、高エネルギー電子が入射した際にＸ線を発生させることができるものであれば特に限定されないが、原子番号が大きい原子で構成されたものが好ましく、特にＰｂで構成されたものが好ましい。原子番号が大きい原子で構成されたもの、特にＰｂで構成されたものを用いると、より多くのＸ線を発生させることができる。
【００９６】
検出手段７０Ｂは、高エネルギーＸ線を検出することができるものであれば特に限定されない。検出手段７０Ｂとしては、例えばＸ線シンチレータなどが挙げられる。
【００９７】
その他の構成要素については、実施形態１と同様である。なお、実施形態１と同じ構成要素については、実施形態１の同一符号に「Ｂ」を付してある。
【００９８】
次に、図３に示す高エネルギーＸ線発生装置１Ｂの動作について説明する。まず、固体試料６０Ｂから高エネルギー電子が発生するまでの動作は実施形態１と同様である。そして、その発生した高エネルギー電子がＸ線変換材８０Ｂに入射すると、高エネルギーＸ線が発生する。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態によれば、パルス状のレーザー光線が固体試料６０Ｂに入射する前にパルス状のプリレーザーを固体試料６０Ｂに入射させて固体試料６０Ｂの表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにパルス状のレーザーを入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【０１００】
（実施形態４）
実施形態２では、上述したようにして高いエネルギーを有する高エネルギー電子を発生させたが、図４に示すように、実施形態２の高エネルギー電子発生装置１Ａと同じ構成要素を真空容器である真空チャンバ９０Ｃ内に設け、その軸外し放物面鏡５０Ｃと固体試料６０Ｃとの間にＸ線変換材８０Ｃをさらに設けて高エネルギーＸ線発生装置１Ｃとしてもよい。このような構成とすることにより、容易に高エネルギーＸ線発生装置を製造することができると共に、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【０１０１】
Ｘ線変換材８０Ｃは、高エネルギー電子が入射した際にＸ線を発生させることができるものであれば特に限定されないが、原子番号が大きい原子で構成されたものが好ましく、特にＰｂで構成されたものが好ましい。原子番号が大きい原子で構成されたもの、特にＰｂで構成されたものを用いると、より多くのＸ線を発生させることができる。
【０１０２】
検出手段７０Ｃは、高エネルギーＸ線を検出することができるものであれば特に限定されない。検出手段７０Ｃとしては、例えばＸ線シンチレータなどが挙げられる。
【０１０３】
その他の構成要素については、実施形態２と同様である。なお、実施形態２と同じ構成要素については、実施形態２の同一符号の末尾の「Ａ」に代えて「Ｃ」を付してある。
【０１０４】
次に、図４に示す高エネルギーＸ線発生装置１Ｃの動作について説明する。まず、固体試料６０Ｃから高エネルギー電子が発生するまでの動作は実施形態２と同様である。そして、その発生した高エネルギー電子がＸ線変換材８０Ｃに入射すると、高エネルギーＸ線が発生する。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態によれば、より容易に高エネルギーＸ線発生装置１Ｃを製造することができると共に、パルス状のレーザー光線が固体試料６０Ｃに入射する前にパルス状のプリレーザーを固体試料６０Ｃに入射させて固体試料６０Ｃの表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにパルス状のレーザーを入射させることにより、高い指向性を有し、かつエネルギーレベルの揃った高エネルギーＸ線を多数発生させることができる。
【０１０６】
（実施例１）
図１に示す高エネルギー電子発生装置１において、レーザー光線発振手段１０としてパルス幅７０ｆｓで１９０ｍＪのエネルギーを有する波長８００ｎｍのパルスレーザー光線を発振することができるチタンサファイアレーザー装置を、固体試料６０として厚さが５μｍの銅箔を、検出手段７０として電子スペクトルメータを用いて高エネルギー電子を測定した。
【０１０７】
なお、実施例１では、パルス状のレーザー光線として強度が３．０×１０１８Ｗ／ｃｍ２のメインパルスと、図５に示すように、パルス状のプリレーザー光線として複数のプリパルスとを高エネルギー電子発生装置１に入射させた。第１のプリパルスは、メインパルスの１８ｎｓ前に発振され、その強度はメインパルスの強度を１００％とした際に０．００２６％となるものである。第２のプリパルスは、メインパルスの９ｎｓ前に発振され、その強度はメインパルスの強度を１００％とした際に０．００２６％となるものである。第３のプリパルスは、メインパルスの５ｎｓ前に発振され、その強度はメインパルスの強度を１００％とした際に７％となるものである。
【０１０８】
（実施例２）
固体試料以外は、実施例１と同様の高エネルギー電子発生装置１を用いて高エネルギー電子を測定した。実施例２では、固体試料６０として厚さが７．５μｍのポリイミドフィルムを用いた。
【０１０９】
なお、実施例２では、パルス状のレーザー光線として強度が３．５×１０１８Ｗ／ｃｍ２のメインパルスと、パルス状のプリレーザー光線として単独のプリパルスを高エネルギー電子発生装置１に入射させた。このプリパルスは、メインパルスの５ｎｓ前に発振され、その強度はメインパルスの強度を１００％とした際に８．３％となるものである。
【０１１０】
（比較例１）
パルス状のレーザー光線として実施例１のメインパルスと同様のメインパルスと、図５に示すように、パルス状のレーザー光線としてメインパルスの５ｎｓ前に発振され、その強度がメインパルスの強度を１００％とした際に５％となるプリパルスとを高エネルギー電子発生装置１に入射させた。
【０１１１】
（比較例２）
実施例１及び比較例１と異なり、実質的にプリパルスがなく、図５に示すように、実施例１のメインパルスと同様のパルスのみを高エネルギー電子発生装置１に入射させた。
【０１１２】
（比較例３）
プリパルスを入射させずに、実施例２のメインパルスと同様のパルスのみを高エネルギー電子発生装置１に入射させた。
【０１１３】
（実験結果１）
まず、実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれにおいて検出器の代わりにスペクトルアナライザーを設置して、メインパルスを入射させた際に銅箔を透過する光のスペクトルを観測した。この観測結果によると、実施例１では波長８００ｎｍの光が観測されたが、比較例１及び比較例２では観測されなかった。このことは、実施例１では、チタンサファイアレーザー装置から発振されたパルスレーザーが観測されたことを示し、比較例１及び比較例２では観測されなかったことを示している。すなわち、実施例１ではプレパルスにより銅箔の表面又は一部が臨界プラズマ密度以下のプラズマにメインパルスが入射したのでメインパルスが透過して観測されたことを示し、比較例１では臨界プラズマ密度以上のプラズマにメインパルスが入射したのでメインパルスが透過せずに観測されなかったことを示し、比較例２では銅箔にメインパルスが入射してもメインパルスが透過しなかったのでメインパルスが観測されなかったことを示している。したがって、この観測結果によると、実施例１のみにおいて、臨界プラズマ密度以下のプラズマにメインパルスが入射したことを示している。
【０１１４】
次に、実施例１、比較例１及び比較例２のそれぞれで発生した高エネルギー電子の電子エネルギースペクトルを測定した。その測定結果を図６に示す。図６に示すように、実施例１では、比較例１及び比較例２と比較して、多数の高いエネルギーを有する高エネルギー電子が発生したことが分かった。すなわち、メインパルスを固体試料に入射させる前に、プレパルスを固体試料に入射させて固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにメインパルスを入射させることにより、多数の高いエネルギーを有する高エネルギー電子が発生することが分かった。
【０１１５】
（実験結果２）
実施例２及び比較例３において発生した電子の発散角度分布及び電子エネルギースペクトルを測定した。その測定結果を図７及び図８に示す。図７は、実施例２及び比較例３において発生した電子の発散角度分布を示す図である。ここで、各発散角度分布は各発散角度分布において最も多く発生した電子数で規格化してある。図８は、実施例２及び比較例３において発生した電子の電子エネルギースペクトルを示す図である。
【０１１６】
図７に示すように、実施例２において発生した高エネルギー電子の発散角は約１０度であり、比較例３において発生した高エネルギー電子の発散角（約８０度）と比較して小さいことが分かった。すなわち、メインパルスを固体試料に入射させる前に、プレパルスを固体試料に入射させて固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにメインパルスを入射させることにより、高い指向性を有する高エネルギー電子が発生することが分かった。
【０１１７】
また、図８に示すように、実施例２において発生した高エネルギー電子の電子エネルギースペクトルは１．０ＭｅＶ近辺にピークを有するが、比較例３において発生した高エネルギー電子の電子エネルギースペクトルはそのようなピークを有しないことが分かった。すなわち、メインパルスを固体試料に入射させる前に、プレパルスを固体試料に入射させて固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成し、そのプラズマにメインパルスを入射させることにより、エネルギーレベルの揃った高エネルギー電子が多数発生することが分かった。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】実施形態１に係る高エネルギー電子発生装置の概略図である。
【図２】実施形態２に係る高エネルギー電子発生装置の概略図である。
【図３】実施形態３に係る高エネルギーＸ線発生装置の概略図である。
【図４】実施形態４に係る高エネルギーＸ線発生装置の概略図である。
【図５】実施例１、比較例１及び比較例２で用いたメインパルス及びプリパルスを示す図である。
【図６】実施例１、比較例１及び比較例２で発生した電子エネルギースペクトルを示す図である。
【図７】実施例２及び比較例３で発生した高エネルギー電子の発散角度分布を示す図である。
【図８】実施例２及び比較例３で発生した電子エネルギースペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１、１Ａ 高エネルギー電子発生装置
１Ｂ、１Ｃ 高エネルギーＸ線発生装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ レーザー光線発振手段
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 入口反射鏡
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 反射鏡
３１Ａ、３１Ｃ 第１の透過鏡
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 第２の反射鏡
４１Ａ、４１Ｃ 第２の反射鏡
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ 軸外し放物面鏡
６０、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ 固体試料
６１ 固体試料巻き取り手段
７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ 検出手段
８０Ｂ、８０Ｃ Ｘ線変換材
９０、９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃ 真空チャンバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状のレーザー光線を固体試料に入射させて高エネルギー電子を発生させる高エネルギー電子発生方法において、
前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に、前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成する工程と、
前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させる工程とを具備することを特徴とする高エネルギー電子発生方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギー電子発生方法。
【請求項３】
請求項２に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギー電子発生方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギー電子発生方法。
【請求項５】
請求項２〜４の何れかに記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギー電子発生方法。
【請求項６】
パルス状のレーザー光線を固体試料に入射させて発生させた高エネルギー電子を、さらにＸ線変換材に入射させて高エネルギーＸ線を発生させる高エネルギーＸ線発生方法において、
前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に、前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成する工程と、
前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させる工程とを具備することを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法。
【請求項７】
請求項６に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法。
【請求項８】
請求項７に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法。
【請求項１０】
請求項７〜９の何れかに記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法。
【請求項１１】
パルス状のレーザー光線により電離可能な固体試料が真空容器内に設けられた高エネルギー電子発生装置において、
前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成すると共に前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の高エネルギー電子発生装置において、パルス状のソースレーザー光線を前記パルス状のレーザー光線と前記パルス状のプリレーザー光線とに分割する分割手段と、
前記パルス状のレーザー光線の行程を前記パルス状のプリレーザー光線の行程よりも長くするための行程差設定手段とを前記真空容器内にさらに設けたことを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線を前記固体試料に集光させる軸外し放物面鏡が前記真空容器内にさらに設けられ、
前記分割手段は、前記パルス状のソースレーザー光線の一部を前記パルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りを前記パルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡であり、
前記行程差設定手段は、前記第１の透過鏡を透過した前記パルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡と、
前記第１の透過鏡により反射された前記パルス状のプリレーザー光線を反射すると共に前記第２の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を透過して前記軸外し放物面鏡に導く第２の透過鏡とからなることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１６】
請求項１２〜１５の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１７】
請求項１２〜１６の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１８】
請求項１１〜１７の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記固体試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記真空容器内に前記固体試料を巻き取る試料巻き取り手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１９】
パルス状のレーザー光線により電離すると共に高エネルギー電子を発生させる固体試料と、前記高エネルギー電子により高エネルギーＸ線を発生させるＸ線変換材とが真空容器内に設けられた高エネルギー電子発生装置において、
前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成すると共に前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２２】
請求項２０に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、パルス状のソースレーザー光線を前記パルス状のレーザー光線と前記パルス状のプリレーザー光線とに分割する分割手段と、
前記パルス状のレーザー光線の行程を前記パルス状のプリレーザー光線の行程よりも長くするための行程差設定手段とを前記真空容器内にさらに設けたことを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線を前記固体試料に集光させる軸外し放物面鏡が前記真空容器内にさらに設けられ、
前記分割手段は、前記パルス状のソースレーザー光線の一部を前記パルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りを前記パルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡であり、
前記行程差設定手段は、前記第１の透過鏡を透過した前記パルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡と、
前記第１の透過鏡により反射された前記パルス状のプリレーザー光線を反射すると共に前記第２の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を透過して前記軸外し放物面鏡に導く第２の透過鏡とからなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２４】
請求項２０〜２３の何れかに記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２５】
請求項２０〜２４の何れかに記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２６】
請求項１９〜２５の何れかに記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記固体試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記真空容器内に前記固体試料を巻き取る試料巻き取り手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項１】
パルス状のレーザー光線を固体試料に入射させて高エネルギー電子を発生させる高エネルギー電子発生方法において、
前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に、前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成する工程と、
前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させる工程とを具備することを特徴とする高エネルギー電子発生方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギー電子発生方法。
【請求項３】
請求項２に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギー電子発生方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギー電子発生方法。
【請求項５】
請求項２〜４の何れかに記載の高エネルギー電子発生方法において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギー電子発生方法。
【請求項６】
パルス状のレーザー光線を固体試料に入射させて発生させた高エネルギー電子を、さらにＸ線変換材に入射させて高エネルギーＸ線を発生させる高エネルギーＸ線発生方法において、
前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に、前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成する工程と、
前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させる工程とを具備することを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法。
【請求項７】
請求項６に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法。
【請求項８】
請求項７に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法。
【請求項１０】
請求項７〜９の何れかに記載の高エネルギーＸ線発生方法において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギーＸ線発生方法。
【請求項１１】
パルス状のレーザー光線により電離可能な固体試料が真空容器内に設けられた高エネルギー電子発生装置において、
前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成すると共に前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の高エネルギー電子発生装置において、パルス状のソースレーザー光線を前記パルス状のレーザー光線と前記パルス状のプリレーザー光線とに分割する分割手段と、
前記パルス状のレーザー光線の行程を前記パルス状のプリレーザー光線の行程よりも長くするための行程差設定手段とを前記真空容器内にさらに設けたことを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線を前記固体試料に集光させる軸外し放物面鏡が前記真空容器内にさらに設けられ、
前記分割手段は、前記パルス状のソースレーザー光線の一部を前記パルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りを前記パルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡であり、
前記行程差設定手段は、前記第１の透過鏡を透過した前記パルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡と、
前記第１の透過鏡により反射された前記パルス状のプリレーザー光線を反射すると共に前記第２の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を透過して前記軸外し放物面鏡に導く第２の透過鏡とからなることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１６】
請求項１２〜１５の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１７】
請求項１２〜１６の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記パルス状のレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１８】
請求項１１〜１７の何れかに記載の高エネルギー電子発生装置において、前記固体試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記真空容器内に前記固体試料を巻き取る試料巻き取り手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギー電子発生装置。
【請求項１９】
パルス状のレーザー光線により電離すると共に高エネルギー電子を発生させる固体試料と、前記高エネルギー電子により高エネルギーＸ線を発生させるＸ線変換材とが真空容器内に設けられた高エネルギー電子発生装置において、
前記パルス状のレーザー光線を前記固体試料に入射させる前に前記固体試料の表面又は一部から臨界プラズマ密度以下のプラズマを生成すると共に前記プラズマに前記パルス状のレーザー光線を入射させることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記臨界プラズマ密度以下のプラズマは、前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射する前に前記固体試料に入射するパルス状のプリレーザー光線により生成されることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線は複数のパルス状のレーザー光線からなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２２】
請求項２０に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、パルス状のソースレーザー光線を前記パルス状のレーザー光線と前記パルス状のプリレーザー光線とに分割する分割手段と、
前記パルス状のレーザー光線の行程を前記パルス状のプリレーザー光線の行程よりも長くするための行程差設定手段とを前記真空容器内にさらに設けたことを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のレーザー光線及び前記パルス状のプリレーザー光線を前記固体試料に集光させる軸外し放物面鏡が前記真空容器内にさらに設けられ、
前記分割手段は、前記パルス状のソースレーザー光線の一部を前記パルス状のプリレーザー光線として反射すると共に残りを前記パルス状のレーザー光線として透過する第１の透過鏡であり、
前記行程差設定手段は、前記第１の透過鏡を透過した前記パルス状のレーザー光線を反射する第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を反射する第２の反射鏡と、
前記第１の透過鏡により反射された前記パルス状のプリレーザー光線を反射すると共に前記第２の反射鏡により反射された前記パルス状のレーザー光線を透過して前記軸外し放物面鏡に導く第２の透過鏡とからなることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２４】
請求項２０〜２３の何れかに記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のプリレーザー光線が前記固体試料に入射してから前記パルス状のレーザー光線が前記固体試料に入射するまでの時間が０．０１〜１００ｎｓであることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２５】
請求項２０〜２４の何れかに記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記パルス状のレーザー光線が超短パルスレーザー光線又はフェムト秒レーザー光線であることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【請求項２６】
請求項１９〜２５の何れかに記載の高エネルギーＸ線発生装置において、前記固体試料が巻き取り可能なテープ状の形状を有し、前記真空容器内に前記固体試料を巻き取る試料巻き取り手段をさらに設けることを特徴とする高エネルギーＸ線発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−３３４３７（Ｐ２００７−３３４３７Ａ）
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７３１６４（Ｐ２００６−１７３１６４）
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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