独立行政法人日本原子力研究開発機構：JAEAメールマガジン　No.289

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Ｘ線による蜃気楼を初めて観測　－プラズマの密度の濃淡によるＸ線の屈折を利用したＸ線光学素子の実用化に弾み－

我々研究グループは、Ｘ線レーザーをプラズマに入射させることにより、本来1つであるはずのＸ線レーザービーム（X線源）が2つ存在するような現象、即ち、あるはずのないものが見える蜃気楼のような現象を世界で初めて観測しました。
　蜃気楼現象は大気の密度の濃淡による光の屈折率の違いが、本来、直進するはずの光を曲げることで、あるはずのない場所に風景などが見える現象です。Ｘ線は透過する物質の密度が変化しても屈折率がほとんど変わらないので、可視光よりも曲がりにくい（直進性が高い）性質があり、これまで、Ｘ線領域の蜃気楼現象を地上で実現するのは難しいと考えられてきました。
　 X線による蜃気楼現象は、X線レーザービームをプラズマに入射させた際に透過したビームパターンの中に、2つのレーザー光が重なり合ったときにのみ現れる「干渉縞」と呼ばれる縞模様が観測されたことにより示されました。この不思議な現象の原因を解明するために、プラズマを通過するＸ線の進み方を計算機シミュレーションにより再現することを試みました。その結果、Ｘ線レーザーがプラズマを通過する際に、その一部がプラズマの急峻な電子密度勾配により強い屈折を受け、あたかもその場所に新しいＸ線光源が存在するかのような蜃気楼が出現していること、また、その蜃気楼を光源とするＸ線レーザービームと、屈折を受けずにプラズマを通過した本来のＸ線レーザービームが重なることで、干渉縞ができることが明らかになりました。このことは、通常の蜃気楼における「大気」と同様の役割を、Ｘ線を曲げるほどの屈折率を持つことができるプラズマが担ったことにより、実現可能になったといえます。
　本研究結果は、科学的な観点からは、Ｘ線領域の新現象の発見であるとともに、Ｘ線を含めた光の進み方からプラズマや物質の密度を計測する技術につながる成果といえます。また、産業応用の観点からは、新しいＸ線のレンズや鏡などの「プラズマＸ線光学素子」の提案としても興味深い成果です。この光学素子は、原理的に、どの波長のＸ線にも適用可能で、しかも高強度のＸ線にも耐えることができるので、Ｘ線装置の設計の自由度が拡がります。このＸ線光学素子の実用化が進めば、Ｘ線自由電子レーザーなどの高強度Ｘ線用の高耐力レンズや鏡として、また、非破壊検査用Ｘ線透過装置など、既存のＸ線利用装置の高出力化・高効率化につながる技術として期待できます。

本研究成果は、平成25年6月4日付でプレス発表されました。
　詳しくは、以下のHPをご覧ください。
　　　http://www.jaea.go.jp/02/press2013/p13060501/index.html/

（量子ビーム応用研究部門　レーザー電子加速器研究グループ）