理化学研究所、マルチバンチ構造のX線自由電子レーザー光を発生

ニュース紹介

「マルチバンチ構造のX線自由電子レーザー光の発生に成功」

理化学研究所放射光科学研究センター先進電子源開発チームの渡川和晃チームリーダー、ビタリー・ゴリャシュコ研究員（研究当時）、先進ビーム診断チームの前坂比呂和チームリーダーらの研究チームは、マルチバンチ構造のX線自由電子レーザー（XFEL）光の発生に成功したと発表しました。

これまでは、一度に複数の電子ビームバンチを発生させる装置が開発されておらず、マルチバンチ構造のXFEL光の発生は実現されていませんでした。研究チームは、電子銃で発生した電子ビームを任意の時間構造に加工するビームチョッパー装置を開発し、広帯域高周波アンプを利用した高速パルス電源を適用しました。

時間幅1ナノ秒のバンチ内で安定したビーム特性を2つのバンチで確認し、8.4ナノ秒間隔で2つのバンチを加速しました。1バンチ当たり0.5mJ、合計1mJのマルチバンチXFEL光を発生しています。研究チームは、複数のXFEL光バンチを同時に照射する実験や、各ビームラインでのパルス繰り返しの増強に貢献する見込みとしています。本成果は国際学術誌『Physical Review Accelerators and Beams』に2026年9月9日に掲載されました。

出典：理化学研究所 2026年9月16日プレスリリース
https://www.riken.jp/press/2026/20260916_1/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

X線自由電子レーザー（電子の流れからX線のレーザー光を作り出す装置）は、分子や原子の並びを瞬間的に捉えるために使われます。試料が壊れるより速くX線を当てることで、動いている最中の姿を記録できます。

光は連続ではなく、短いかたまり（パルス）として届きます。1秒あたりに使えるパルスの数が増えるほど、実験に使えるデータの量も増えます。

①かたまりを複数作れなかった

X線のパルスのもとになるのは、電子ビームのかたまり（バンチ）です。これまでは、一度に複数のバンチを発生させる装置が開発されておらず、複数のかたまりを持つ光は実現されていませんでした。

1回の運転で作れる光の数が限られると、実験で得られるデータの量もそこで頭打ちになります。

②時間構造を加工して2つ並べる

研究チームは、電子銃から出た電子ビームを任意の時間構造に加工するビームチョッパー装置を開発し、広帯域高周波アンプを使った高速パルス電源を組み合わせました。

その結果、時間幅1ナノ秒のバンチの中で安定した特性を2つのバンチで確認し、8.4ナノ秒の間隔で加速しています。得られた光は1バンチ当たり0.5mJ、合計1mJでした。研究チームは、複数の光を同時に当てる実験や、各ビームラインでのパルス繰り返しの増強に貢献する見込みとしています。