高エネ研や東大など、大強度電子ビームの超伝導加速を実現;高度医療診断への応用を目指す

図:次世代小型高輝度光子ビーム源試験装置。
1.3GHz 光高周波電子銃、2 台の1m 長の9 セル超伝導加速空洞(矢印のクライオスタット中)、電子ビームを10μm まで絞り込んでレーザーパルスと衝突させる収束系、及びビームダンプから成る超伝導線形加速器。

大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構東京大学、独立行政法人日本原子力研究開発機構広島大学早稲田大学と株式会社日立ハイテクノロジーズは、最先端の光高周波電子銃と超伝導加速空洞を用いた電子線形加速器(左図)により、20MV/m以上の高電界による大強度電子ビームの加速に成功した。

 

今回、日本初の高電界超伝導電子線形加速を実現したことにより、従来は50m×50m程度だった高輝度光子(X線)ビーム源を10m×6m程度まで小型化でき、将来的には病院等に設置して、高度医療診断等への利用に道を拓くものと期待される。

健康で安心な暮らしを支える医療診断技術の必要性が増す中、これらの技術開発には放射光施設と呼ばれる大型の高輝度X線発生装置を中心とした分析・観察装置群が必要不可欠だ。その一方で、より身近で実用的な小型の高輝度X線発生装置が求められている。

本研究チームは、大型の高輝度X線発生装置とは全く異なる逆コンプトン散乱とよばれる「電子ビームとパルスレーザービームを衝突させて高輝度X線を発生させる」技術の開発してきたが、今回、大強度超低エミッタンス電子ビー ムを発生させる光高周波電子銃と、その加速に必須の超伝導加速空洞を試作し、大強度電子ビームの加速に成功した。

今後、電子ビームの一層の大電流化と安定化を図り、別途開発中の大強度パルスレーザービームとの衝突による高輝度X線ビーム(発光点寸法は約10マイクロメートル)の生成を実現していくという。これにより、がんや微小動脈硬化の初期判断などの高度医療診断の普及に貢献するほか、環境触媒や電池材料のナノ構造解析等 への利用を画期的に飛躍させることが期待される。

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