●シンクロトロン放射【シンクロトロンほうしゃ】

高エネルギー電子が磁場中で円運動または螺旋運動をするとき，軌道中心方向の加速度を受けて電磁波を放射する現象，または放射する電磁波。磁気制動放射またはシンクロトロン軌道放射ともいう。電子の速さが真空中の光速度に近いとき放射される電磁波は，電子の進行方向に集中し，かたより（偏波，偏光）は磁場の方向と垂直である。またスペクトルは連続スペクトルで，強度が極大になる波長は電子のエネルギーの 2乗および磁場の強さに反比例する。電子シンクロトロン中の電子からは，軌道の接線方向にきわめて指向性のよい強力な偏光した放射線が出ており，可視部から X線に及ぶ広い波長領域で連続スペクトルが得られる。したがって，このシンクロトロン放射は X線から真空紫外領域での分光学的研究に盛んに用いられている。なお，電子シンクロトロンのほかに，高エネルギーの粒子を蓄積させる蓄積リングからも同様な放射線を取り出すことができ，電子シンクロトロンからの軌道放射よりも著しく強く，かつ安定な光源として利用されている。星間空間では宇宙線電子が星間磁力線と相互作用して宇宙電波を出す。またかに星雲のような超新星の残骸中では高速電子のシンクロトロン放射は可視領域にも及ぶ。

磁界内で荷電粒子が光速に近い速度で円運動、または螺旋(らせん)運動するときに放射される電磁波。シンクロトロン放射光。放射光。SOR（synchrotron orbital radiation）。

真空中を光速に近い速度で運動する荷電粒子が，磁場により円軌道を描くときにエネルギーの一部を電磁波として放出する現象およびその電磁波のこと。シンクロトロン軌道放射あるいはその英語synchrotron orbital radiationを略してSOR（ソール）とも呼ばれる。1940年代後半に初めて観測され，その後，高エネルギーの円形電子加速器の重大なエネルギー損失機構として，素粒子あるいは高エネルギー物理学実験にとって有害と考えられていた。

高エネルギーの電子が磁場中で円運動あるいはらせん運動するとき、軌道の曲率中心の方向へ加速度を受け、それによって電磁波が放射される。この電磁波は電子シンクロトロンで初めて観測されたので、その加速器の名にちなんでシンクロトロン放射とよばれる。放射強度は荷電粒子の質量が小さいほうが大きく、電子と陽電子の場合がもっとも大きい。相対論的効果のために電子の円形加速器から得られるシンクロトロン放射は次のような特徴をもつ。(1)広い波長域にわたって連続なスペクトル分布をもっている。短波長側は急激に立ち上がり、長波長側はなだらかな尾を引いている。ピークの波長は
　　λ_P［Å］＝2.35×R［m］/E³［GeV］
で与えられる（Eは電子エネルギー、Rは軌道半径）。(2)指向性が高く、軌道の前方、接線方向を中心に半角がmc²/Eの円錐(えんすい)中に集中する（mは電子の質量、cは光速度）。(3)高度の偏光性がある。軌道面に平行な放射は、電気ベクトルが軌道面に平行な直線偏光であり、軌道面から上下に傾いた方向では楕円(だえん)偏光である。なお、これらの諸特性は理論的に計算できる。さらに(4)高周波加速のために、一定間隔で繰り返される、きわめて短いパルス光である。

　多くの電子を長時間周回させる円形加速器は電子ストーレッジリングとよばれ、シンクロトロン放射を光源として利用する場合に用いられる。電子エネルギーが数百メガボルトのときは放射スペクトルは極紫外線から軟X線の波長域にあり、数ギガ電子ボルトでX線の波長域になる。これらの放射の強度は同じ波長域の他の光源に比べて桁(けた)違いに大きい。一方、天体でも高エネルギーの電子が磁場の作用でシンクロトロン放射を生じ、その電波やX線の成分が観測されている。

［菊田惺志］

シンクロトロン中を周回する電子が電磁波を発生することを発見した(1947年)ことにちなんで，シンクロトロン放射(光)(synchrotron radiation，SR)，または軌道放射(光)(synchrotron orbital radiation，SOR)とよばれてきたが，近年，わが国では単に放射光という場合が多い．相対論的な速度で運動する荷電粒子が，磁場による向心加速度を受けつつ軌道を曲げるときに，その接線方向にSRを放出する．地上では加速器の偏向電磁石から，宇宙では中性子星の強い磁場によるSRが観測されている．荷電粒子を加速して高エネルギーを得るには，SRによるエネルギー損失(エネルギーの4乗に比例)は重大な障害であるが，光科学，X線科学サイドからは，ほかに類をみないきわめて有力な光源である．SRは
(1)γ線，硬X線領域から赤外，電波領域にわたる連続光源である，
(2)収束性が強く輝度が高い，
(3)その強度・偏光性が計算とよく一致するので，幅広い波長域にわたる標準光源となる，
(4)光以外のものを発しない光源である，
(5)アンジュレーター，ウィグラーといった挿入光源により輝度を上げ，さらに直線偏光，円偏光などを自在に発生できる，
などのユニークな特徴をもつ．X線回折，X線発光分析，光電子分光，光加工技術などは，そのけた違いの強度によって量的に圧倒的な進歩をとげただけではなく，従来，不可能であった検出が可能になったので，質的にも革新的な進歩をとげた．X線吸収微細構造に代表されるあらたな検出技術も，SRの出現によってはじめて大々的に開発された．SR専用の電子(あるいは陽電子)蓄積リングをもつ放射光施設が次々と建設され，SRは最先端科学の主要な一翼を担っており，巨大タンパクの構造決定やナノサイエンスなどの研究が活発に展開されている．応用面では，医療用の診断(たとえば，心臓などの血管造影撮影)や，超LSI用リソグラフィーにも利用されようとしている．