Development of Ultra-Short Pulse X-ray Imaging Method through High-Precision Wolter Mirror Fabrication

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00736
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Mimura Hidekazu 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30362651)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中川 桂一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (00737926) ; 本山 央人 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00822636)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: X線ミラー / ウォルターミラー / X線イメージング

Outline of Final Research Achievements

Improvement in X-ray analysis techniques, which are essential for analyzing various substances, requires not only excellent X-ray sources but also indispensable X-ray optical elements. In this study, we have successfully fabricated a highly accurate focusing and imaging Wolter mirror for X-rays, and combined it with an X-ray free-electron laser (XFEL) light source to develop an ultra-short pulse X-ray imaging system. We constructed a shape correction system for an axial symmetric X-ray mirror using jet processing and introduced a microscopic system consisting of two Wolter mirrors into the soft X-ray beamline BL1 at SACLA (SPring-8 Angstrom Compact Free Electron Laser). As a result, we achieved ultra-short pulse imaging with a spatial resolution of 250 nm using a 3.4 nm wavelength XFEL.

Free Research Field

超精密加工、X線光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

超高強度、超短波するのX線光源であるX線自由電子レーザーは、物質の微視的構造、組成、変化をとらえることができる。X線の物質への照射によって得られるX線吸収やX線散乱などの情報に空間分布情報を加えるためには、X線用のレンズが必要である。本研究で開発したウォルタミラーは、長年理想的なＸ線用の結像素子と考えられてきたが、その作製の困難性から実現されていなかった。本研究では、ウォルターミラーを含む回転体型ミラーの高精度化に成功し、SACLAにおいてその実用性を実証したことから、ナノテラスなど一般的な放射光施設においても今後の普及が期待できる。