東大ら,軟X線向け高精度回転体ミラーを開発

東京大学と夏目光学は共同で軟X線を微小に集光可能な,従来にないタイプの高精度回転体X線ミラーを開発した(ニュースリリース)。

SPring-8のような大型な放射光施設において,X線の強度向上にはX線ミラーが不可欠となる。X線ミラーには極めて高い精度が必要だが,波長が1nm以上の軟X線領域のミラーは,非球面かつ大きく湾曲しており,今までその作製技術が確立していなかった。

新しいタイプのX線集光ミラーはチューブ形状をしており,ミラー内面をX線が反射し集光する。このミラーは「回転楕円ミラー」と呼ばれており,楕円関数を一回転した形状になる。波長の短いX線のミラー内側の表面には極めて高い精度が要求されるが,ミラーの内側を精密に加工するには工具が入らないこともあり,これまでの技術では加工は不可能だった。

そこで今回,精密なコピー(転写)技術による作製を提案した。形状をコピーする「電鋳法」という手法は,金型の作製など工業的に多く利用されているが,従来の方法の転写精度はX線ミラーに必要な精度には到底およばなかった。今回,研究により転写精度が10倍~20倍向上し,ミラーの作製が可能になった。

X線ミラーの作製プロセスでは,作製したいミラーの反転形状を持つマンドレルと呼ばれる「型」を作製し,その表面に1mm程度の厚さになるまで金属をめっきする。金属とマンドレルを分離した結果,マンドレルと同等の精度をもった回転楕円ミラーが実現する。「型」の高精度化は,夏目光学の超精密ガラス加工技術を高度化した。

ミラーの精度を測るため,マンドレルと回転楕円ミラーの転写精度を比較したところ,10nm程度の精度で一致しており,従来にない極めて高い転写精度であることがわかった。

開発した回転体ミラーの性能を評価するため,SPring-8で波長4nmの軟X線の1μm以下のサイズの集光を確認した。直径約10mmの大きさの軟X線を直径1μmサイズに集光しており,集光ビームの強度は非集光に比べて1万倍となった。

軟X線は,車や自動車などに不可欠な電池材料やハードィスクで使用される磁気材料などの分析に重要となる。今回の成果により,こうした材料の分析において,より細かく,より感度高く観察ができるようになる。

現在,SPring8-Ⅱなどの次世代放射光光源に向けたX線光学素子,光学系の開発が精力的に進められている。実際,この回転楕円ミラーは,東北地方で建設が計画されている「次世代軟X線放射光施設」での利用が強く期待されているという。こうした回転体型タイプのミラーは,最先端の軟X線の光源性能を最大限に活かすことができるとしている。

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