SPring-8の明るさ3倍に

SPring-8の明るさ3倍に

－超高輝度な次世代リング型放射光光源

の実現へ重要な成果－

2013年4月2日

独立行政法人理化学研究所

公益財団法人高輝度光科学研究センター

詳細は、リンクを参照して下さい。

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ポイント

・55年ぶりに定説を打ち破って実現した

  画期的な手法

・XFELとの協調利用が期待される

　次世代リング型放射光光源の開発に貢献

・実現すれば、生物試料などをそのまま

　原子レベルの分解能で長時間観察が

　可能に

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　理化学研究所と高輝度光科学研究センター

は、特殊な高周波電場を使用し、電子ビーム

の広がり（エミッタンス[1]）を低減する

ことによりX線の輝度（明るさの指標）を

大幅に向上する手法を考案しました。

　この手法を大型放射光施設SPring-8[2]

の蓄積リングに適用すると、輝度が約3倍

向上することが分かりました。

　これはJASRI加速器部門の下崎義人研究員

と理研放射光科学総合研究センター

XFEL研究開発部門の田中均部門長らの

研究チームによる成果です。

　近年、「SACLA（さくら）」[3]などの

X線自由電子レーザー[3]（XFEL）の登場

により、原子レベルの高分解能で極めて

短い時間スケール（1000兆分の1秒程度）

の観察が可能になりつつあります。

　しかし、XFELは強い強度のため瞬時に

観察試料を破壊してしまうことから、

長い時間にわたり現象をじっくり観察する

には不向きです。

　そこで、試料を破壊せずに、生物試料

などをそのまま結晶化せずに観察可能な

光源として「次世代リング型放射光光源」

が注目され、その開発に世界中がしのぎを

削っています。

　この超高輝度リング型放射光光源の実現

には、輝度を制限する水平エミッタンスを

現状から大幅に低減する必要があります。

　その1つの可能性として、

エミッタンス交換[4]により

水平エミッタンスを低減する方法が

知られていましたが、従来の磁場を用いる

方式ではさまざまな問題があり、

SPring-8などの既設の放射光光源への

導入は困難でした。

　そこで研究チームは、これらの問題を

克服するため、従来の方式とは全く異なる、

高周波電場を用いる方式を考案しました。

　これは、「電場を使用して振動モード

[5]間でのエミッタンス交換はできない」

という長年の定説[6]を55年ぶりに覆す

もので、学術的にも大きな発見です。

　今回考案した手法は、既設の放射光光源

の性能向上だけでなく、XFELとの協調利用

により、ものづくりに必要となる多くの

情報が得られると期待される

次世代リング型放射光光源の実現にも

大いに貢献します。

　本研究成果は、米国の科学雑誌

『Physical Review Letters 』に

近日中に公開されます。

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＞従来の方式とは全く異なる、高周波電場

＞を用いる方式を考案しました。

＞高周波電場を発生する空洞

＞（カップリング空洞）を1対置き、

＞その間の水平振動の位相を半周期になる

＞ように調整して、磁場の効果を2つの

＞空洞の間に閉じ込めました。

＞これにより電場の効果だけを

＞足し合わせることに成功し、この手法

＞をSPring-8に導入したときの

＞シミュレーションでは、現状の3倍の

＞輝度が得られることを確認しました。

＞これは電場を使ったエミッタンス交換

＞はできないという長年の定説を55年ぶり

＞に覆すもので、学術的にも大きな発見

＞です。

　とのことです。

　素晴らしいですね。

　これでさらにいろいろな発見に寄与

できると期待出来ます。