レーザー光で透過画像を瞬間撮影。阪大が技術開発

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レーザーで同時生成した中性子とX線で瞬間撮影した画像。左:実際のサンプル位置。中:中性子撮影画像。炭化ホウ素も写っている。右:X線撮影画像。軽い炭化ホウ素は写っていない(阪大レーザー研・余語准教授提供)

大阪大学レーザー科学研究所の余語覚文准教授らの研究チームは、レーザー光を使って中性子とX線を同時に生成し、試料の透過画像を瞬間撮影する技術を開発した。2種類の画像を比較することで物質の種類を識別できる。極短パルスにより、10万分の1秒で撮影できる。金属配管内の水や油の流れ、ロケットエンジンの液体水素燃料の挙動など、可視光やX線では捉えられなかった高速現象を撮影できるようになる。

X線は金属など重い物質の透過画像を撮影できるが、水素といった軽い物質は透過してしまう。一方、中性子は水素に対し感度が高く、水や燃料、生体分子を可視化できるため、両手法による同時撮影が望まれていた。

研究チームは阪大の大出力レーザー「LFEX」を用いたレーザーイオン加速により、低いレーザー強度で高い中性子量を得ることに成功。さらに中性子を減速して透過力を調整することで、細かな構造物の撮影や元素分析を可能にした。

レーザーでイオンを加速する部分では、高エネルギーの電子が揺さぶられてX線が放射される。中性子とほぼ同時に同じ位置から放射されるため、同時瞬間撮影ができる。

ニッケルカドミウム電池とニッケル水素電池を撮影した結果、中性子透過率による影の濃さの違いからカドミウム含有を区別できた。電池に内蔵されたカドミウムの厚さも計測。X線で写らない炭化ホウ素も撮影できた。

従来、中性子の発生には原子炉や加速器など大型施設が必要だった。レーザー中性子の発生装置は小型化が見込まれるため中性子利用拡大が期待される。

神戸大学、量子科学技術研究開発機構、福井工業大学などとの共同研究。成果は応用物理学会の科学誌「アプライド・フィジックス・エクスプレス」に17日掲載される。

日刊工業新聞2021年9月16日

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