2018/01/17
理化学研究所
庆应义塾大学
理化学研究所（理研）放射光科学総合研究センター生命系放射光利用システム開発ユニットの小林周研修生（庆应义塾大学理工学研究科博士課程3年）、中迫雅由客員主管研究員（庆应义塾大学理工学部物理学科教授）、山本雅貴ユニットリーダーらの研究チームは、Ｘ線自由電子レーザー（XFEL）施設「SACLA」で得られる集光ミラーで強度増強されたXFELパルスの波面のそろい具合（空間コヒーレンス）を30Hz（1秒に30回）のパルスごとに正しく評価する理論および測定方法を考案し、確立しました。
厂础颁尝础では、波面がそろった大强度Ｘ线パルスを発生させることができます。Ｘ线を散乱する能力が乏しい试料の回折実験など、特に强い齿贵贰尝パルスが必要な场合は、集光ミラーを用いてビームサイズを小さく绞り、さらに强度を高めます。これまで、集光ミラーの位置を适切に调整すれば、齿贵贰尝パルスの波面も试料位置でそろうと考えられてきました。ところが2014年、ドイツと厂础颁尝础の共同研究グループが、齿贵贰尝パルスの空间コヒーレンスを表すパラメータを测定したところ、完全に波面がそろっているときを1.0とすると、厂础颁尝础では0.7程度しかないと発表しました。
今回、研究チームは、先行研究で提案された解析方法に大きな问题があることを発见しました。そこで、正しく空间コヒーレンスを见积もる理论を构筑するために、2007年に発表の検出器画素に记録されることで强弱差が小さくなった回折パターンから本来の回折パターンを回復させる物理数学の理论に、2014年に中迫雅由客员主管研究员らが开発した暗视野位相回復法の理论を援用することにしました。これらを用いて、データ解析理论を再构筑し、実用化のためのプログラムコードを作成して解析を行ったところ、集光ミラーで加工しても、空间コヒーレンスがほぼ完全な集光齿贵贰尝パルスが得られていることを确认しました。さらに、齿贵贰尝パルスごとに试料の回折に寄与しうるビームの大きさや、周囲にもたらす放射线损伤领域を见积もることができました。
本成果により、集光齿贵贰尝パルスの空间コヒーレンスを确认する方法が理论的にも、技术的にも确立されたため、他の齿贵贰尝施设においても、この手法が広く利用されると期待できます。
本研究は、英国のオンライン科学雑誌『Scientific Reports』（1月16日付け）に掲载されました。
※研究チーム
理化学研究所 放射光科学総合研究センター 利用システム開発研究部門
ビームライン基盘研究部 生命系放射光利用システム开発ユニット
研修生 小林 周（こばやし あまね）
（庆应义塾大学大学院 理工学研究科博士課程3年）
研修生（研究当时） 関口 优希（せきぐち ゆうき）
客员研究员 苙口 友隆（おろぐち ともたか）
（庆应义塾大学 理工学部 物理学科 専任講師）
ユニットリーダー 山本 雅贵（やまもと まさき）
客员主管研究员 中迫 雅由（なかさこ まさよし）
（庆应义塾大学 理工学部 物理学科 教授）
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