X線自由電子レーザー

X線自由電子レーザー（エックスせんじゆうでんしレーザー、英：X-ray free electron laser、略称：XFEL、エックス-エフ-イー-エル）とは、自由電子レーザーのうち、X線領域で発振を行うものから得られる光である。可干渉性を持ち、短いパルス幅、大きなピーク輝度を持つ。2014年の時点において、米国 (SLAC Linac Coherent Light Source: LCLS)、日本 (SACLA)、ヨーロッパ (欧州XFEL（英語版）^[1][2]）が稼働中であり、 Swiss FEL^[3]などにて建設が進められている。

概要

光発生のしくみ

非常に小さなエミッタンスをもつ電子銃から得られる電子ビームを加速し、アンジュレータを通過させることにより光を得る。アンジュレータを1回通過する間に十分な強度の光を発生(レーザー発振)させるためには、電子ビームが小さなエミッタンスでかつ大きなピーク電流を有することが必要となる。このためには電子ビームのエミッタンスを悪化させること無く輸送、加速すること、複数のアンジュレータの光軸を一致させること、その光軸と電子ビームの軌道を高い精度で一致させることが重要である。

用途

大ピーク強度、可干渉性、短いパルス幅の特長を生かし、下記のような用途に用いられている^[4]。

• 大ピーク強度を活かした膜たんぱく質をはじめとする高難易度ターゲットの結晶構造解析(シリアルフェムト秒結晶学)
• 短パルス幅を利用した無損傷データ収集^[5][6]
• 時分割測定
• ウイルスや金属粒子など非結晶性試料のコヒーレント回折イメージング(CDI)

脚注

1. European XFEL
2. 世界最大のX線レーザー、欧州XFELがハンブルクで運用開始（2017年9月1日 共同通信）
3. SwissFEL
4. Discussion Meeting Issue ‘Biology with free-electron X-ray lasers’Phil. Trans. R. Soc. B. 369 20130309
5. Hirata, Kunio; Shinzawa-Itoh, Kyoko; Yano, Naomine; Takemura, Shuhei; Kato, Koji; Hatanaka, Miki; Muramoto, Kazumasa; Kawahara, Takako et al. (2014). “Determination of damage-free crystal structure of an X-ray–sensitive protein using an XFEL”. Nature Methods 11 (7): 734–736. doi:10.1038/nmeth.2962. ISSN 1548-7091.
6. SACLAが、放射線損傷のない正確な結晶構造の決定に、タンパク質で初めて成功

関連項目

• 放射光
• SACLA

外部リンク

• Stanford Linear Accelerator Center Linac Coherent Light Source
• X線自由電子レーザー計画合同推進本部
• The European X-ray Laser Project XFEL