自由電子レーザーの発振に成功　理研と高輝度センターがプロト機で

理化学研究所と高輝度光科学研究センター（ＪＡＳＲＩ）はこのほど、Ｘ線自由電子レーザー（ＸＦＥＬ）のための電子ビーム発生・加速技術を確立、プロトタイプ機（＝写真）により、自由電子レーザーの発振に成功した。第３期科学技術基本計画において国家基幹技術に指定され、１０年完成を目指し今年着工したＸＦＥＬの性能達成に向け、大きなステップになる。

ＸＦＥＬは極めて高質の電子ビームをアンジュレータと呼ぶ磁石列間で周期的に小さく蛇行させ、特定波長の明るい光を作り出す。ＳＰring─８の放射光に対し、１０億倍以上という極めて高いパルス輝度を得ることが可能。短波長（高エネルギー）、高指向性（コヒーレント光）で短パルス特性に優れる光を発振する。

理研とＪＡＳＲＩは共同推進体制のＸＥＦＬ計画合同推進本部（坂田東一本部長）を設置、昨年、全長６０ｍのプロトタイプ機の建設に着手した。今回、最大加速エネルギー２５０ＭｅＶ、エミッタンス（平行性）３πｍｍ・ミリラディアン、電荷量０．２５ｎクーロン、パルス時間幅１ｐ秒という高質の電子ビームを安定的に作り出し、これをプロトタイプのアンジュレータに導入、波長４９ｎｍ、最大出力１１０ｋＷのレーザー光の発振に成功した。

合同本部が純国産技術で開発中のＸＦＥＬは、高品質ビームを得る超高圧電子銃、高効率でコンパクトなＣバンド加速器などが大きな特徴。同電子銃はカソードにセリウムボライト単結晶を用いており、電子のエミッタンスは最高１．１πｍｍ・ミリラディアンという世界記録を達成した。同加速器は加速周波数５．７１２Ｇヘルツ、従来比２倍の加速効率を達成しており、高純度銅を高精度に加工した加速管、新規開発したクライストロンやパルス電源などにより実現した。アンジュレータはコンパクト化できる真空封止型としている。

ＳＰring−８サイト内に建設するＸＦＥＬはレーザー波長０．０６ｎｍ、加速エネルギー８ＧｅＶの性能を目指す。発振器の全長は約８００ｍ、プロジェクト総経費は３５５億円を予定する。

ＸＦＥＬは原子・分子レベルの構造解析、高速な動態・変化の捕捉などを可能とするため、創薬やナノテクなど幅広い分野で革新的な成果を生み出すツールとして期待され、世界的に熾烈な開発競争になっている。米国ではＳＬＡＣ（スタンフォード線形加速器研究センター）が０９年、欧州ではＤＥＳＹ（ドイツ電子シンクロトロン研究所）が１２年に運転開始を目指して建設計画を進めており、ＤＥＳＹは今年４月、波長１３ｎｍの発振に成功した。