X線を出す半導体レーザについて

質問

こんにちは、

１．X線を出す半導体レーザの製作は理論的に可能なのでしょうか？

２．Eg=hν
なので、Egを高める必要があると思うのですが、
それ以外の方法で、X線を出すことも考えられるのでしょうか？
（自由電子レーザの事ではなく、半導体レーザに限ってのことです。）

３．Egを高めるため、どのようなことをしているのでしょうか？
　いろんな化合物を使用して、試してみる以外に方法はないのでしょうか？

回答No.2

imoriimori · ベストアンサー

#1です。

まず：不可能であることを証明することは普通誰にもできません（できることを証明するには実際に作れば証明になりますが、その逆はあり得ない）。だから、通常会話において「不可能である」というのは、難しいとか、実現されるとしても別の原理であろうとか、蓋然性の話しをしているのです。
横道ながら：レーザや青色レーザが原理的に不可能であると予言されていたことは知りません、そんなことは無いのでは？　青色レーザは中村さん以前にたくさんの人がチャレンジし、ある程度成功していましたし。レーザ自体も、それ以前のメーザの段階で、続くレーザの実現は期待されていたのでは？

青色レーザと赤や緑のレーザとの違いは、工学的努力はさておき、原理面では微々たるものです。青色の可視光フォトンと赤や緑の可視光フォトンは」波長で（つまりエネルギーでも）せいぜい１．５倍程度しか違いません。
医療用Ｘ線フォトンの波長はその１万分の１とか、エネルギーで言えば一万倍とか百万倍の世界です。飛行機の開発で言えば、時速４００ｋｍも時速６００ｋｍもたいした違いはない、でも時速１０００万キロとなるとまるで別物です。そういう乗り物ができても、それはたぶん飛行機とは言わないでしょう。青の次はＸ線だなんてそんな簡単な話ではないことがわかるのでは？

「青色ダイオードの次は、X線なのでは」青の次は紫外線。波長は４００ｎｍくらいから。どこまで紫外線かどこからＸ線か境界は定かでないけど１０ｎｍくらいかな。紫外線領域に踏み込むかどうかのところには来ていても、紫外線を制覇するのははるか彼方。その先のＸ線まではほど遠い。Ｘ線領域に踏み込んでも、普通に言うＸ線（Ｘ線撮影とかＣＴとか、あるいは放射線治療のＸ線とか）にはさらに３桁４桁遠い世界。

「それを目標にした研究者の方はおられないのでしょうか？」ちょっと検索してみてください。Ｘ線レーザの研究プロジェクトはいくつも見つかります。多額の研究費をつぎ込んで世界中の人がやっています。Ｘ線レーザが不可能なんて誰も思っていませんでしょう。私も専門領域の医療分野で使えるＸ線レーザの実現を待ち望んでいます。しかし、現在のＸ線管のような実用しやすい軽敏な手段では私の生きている内に実現されるとは思っていません。当然ながら半導体レーザそのままの原理では無理だと思っています。そもそも、バンドギャップが100keVとか200keVとかどんな物質だか想像できませんので。

補足

お返事有難う御座います。

＞当然ながら半導体レーザそのままの原理では無理だと思っています。
＞そもそも、バンドギャップが100keVとか200keVとかどんな物質だか
＞想像できませんので。

それは、その通りだと思います。
従いまして、下記をご質問した次第でございます。

２．Eg=hν
なので、Egを高める必要があると思うのですが、
それ以外の方法で、X線を出すことも考えられるのでしょうか？

３．Egを高めるため、どのようなことをしているのでしょうか？
　いろんな化合物を使用して、試してみる以外に方法はないのでしょうか？

＞１．X線を出す半導体レーザの製作は理論的に可能なのでしょうか？
この回答は、「まず：不可能であることを証明することは普通誰にもできません」
により、納得し了解しました。

＞横道ながら：レーザや青色レーザが原理的に不可能であると予言されていたことは
＞知りません、そんなことは無いのでは？　
正確には、レーザでは無く、メーザの開発段階なのですが、
「タウンズらは、自分らの発想を実験にて証明しメーザを完成させますが、
この研究を行っていたときに数名のノーベル賞学者に批判されたらしいです。」
詳細は「わかる半導体レーザの基礎と応用」（CQ出版社）P３９参照
また青色ダイオードの件は、同書P１６１参照
（この部分を読みますと、、励まされてやる気が出ます。）

回答No.3

Tacosan

紫外線レーザーダイオードはありますね. 可視光レーザー+非線形素子で短波長化というのもありますし, 今なら紫外線の直接発振も可能みたい. ちょっと見たら, 「六方晶 BN で 215nm」というのは見付かった.
でも, そこから X線は遠い....

お礼

すいません。

２の質問の回答として

＞可視光レーザー+非線形素子で短波長化というのもありますし,

の方法もあるのですね。しかし、X線までは無理そうですね。

もっと斬新な他の方法は無いのでしょうか？

補足

お返事有難う御座います。

＞でも, そこから X線は遠い....

困難なことは、NO．２さんの詳細なご回答でも、わかりました。
それに対して、下記は如何でしょうか？

２．Eg=hν
なので、Egを高める必要があると思うのですが、
それ以外の方法で、X線を出すことも考えられるのでしょうか？

３．Egを高めるため、どのようなことをしているのでしょうか？
　いろんな化合物を使用して、試してみる以外に方法はないのでしょうか？

回答No.1

imoriimori

専門家ではありませんが、
直感的に言って、通常の「半導体レーザ」の原理で直接的にX線発振は無理じゃないでしょうか？
可視光フォトンは2～3eVのエネルギーですから数eV単位のEgでOKですが、X線フォトンは軟X線でも数keV、医療用X線なら数10keV以上です。keV級のEgとなったら、それは半導体ではありえませんし、完璧な絶縁体の世界（というよりそんな高い結合エネルギーを持つ物質ってあるんでしょうか？）
だから残念ながらどうしても自由電子レーザとか殆ど加速器みたいな世界になってしまうということでは？

補足

お返事有難う御座います。

そうですか、しかし青色ダイオードの次は、X線なのではないでしょうか？
（単純な発想ですが、、、）

それを目標にした研究者の方はおられないのでしょうか？

本を読みますと、レーザの時や青色ダイオードの時、理論的には不可能とノーベル賞受賞者から言われたにも関わらず、成し遂げたと聞いております。