センチメートルスケールのキャピラリー放電プラズマチャネルを用いたレーザー電子加速

Laser electron acceleration in cm-scale capillary-discharge plasma channel

亀島 敬; 小瀧 秀行; 神門 正城; 大東 出; 川瀬 啓悟; 福田 祐仁; Chen, L. M.*; 本間 隆之; 近藤 修司; Esirkepov, T. Z.; Bobrova, N. A.*; Sasorov, P. V.*; Bulanov, S. V.; Hong, W.*; 杉山 精博*; Wen, X.*; Wu, Y.*; Tang, C.*; Zhu, Q.*; Gu, Y.*; Zhang, B.*; Peng, H. S.*; 黒川 真一*; 田島 俊樹; 汲田 哲郎*; 中島 一久*

Kameshima, Takashi; Kotaki, Hideyuki; Kando, Masaki; Daito, Izuru; Kawase, Keigo; Fukuda, Yuji; Chen, L. M.*; Homma, Takayuki; Kondo, Shuji; Esirkepov, T. Z.; Bobrova, N. A.*; Sasorov, P. V.*; Bulanov, S. V.; Hong, W.*; Sugiyama, Kiyohiro*; Wen, X.*; Wu, Y.*; Tang, C.*; Zhu, Q.*; Gu, Y.*; Zhang, B.*; Peng, H. S.*; Kurokawa, Shinichi*; Tajima, Toshiki; Kumita, Tetsuro*; Nakajima, Kazuhisa*

レーザープラズマ電子加速は非常に高い電場を持っているが、加速空間が非常に短いという問題点を持っているため、その電子ビームの加速エネルギーは100MeV程度に制限されていた。近年、このレーザープラズマ電子加速が抱える問題点をキャピラリー放電管を用いることで大幅に解決がなされた。プラズマは密度が高いほど屈折率が低くなる特徴を利用して放電管の中でプラズマ密度を中心で薄く、その外周を高く分布させれば光ファイバーと同じ原理でレーザーは放電管内のプラズマ中を集光伝搬しながら相互作用する。ゆえに、加速空間を大幅に拡張することができる。この実験を2006年に中国工程物理研究院とKEK、及び原子力機構で共同実験を行い、キャピラリ放電管を用いて4.4Jのレーザーパルスの集光伝搬及び0.56GeVの電子ビームの生成に成功した。加えて、JAEAにて同様の実験を2007年に行い、1Jのレーザーパルスの集光伝搬及び電子ビームの発生に成功した。

The acceleration method of laser plasma electron acceleration has very strong electric field, however, the acceleration length is veryshort. Hence, the energy gain of electron beams were confined to be approximately 100 MeV. Recently, this problem was solved by using discharge capillary. The feature of plasma was used that high dense plasma has low refractive index. Distributing plasma inside capillary as low dense plasma is in the center of capillary and high dense plasma is in the external side of capillary can make a laser pulse propaget inside capillary with initial focal spot size. Experiments with capillary were performed in China Academy of Engineering Physics (CAEP) and Japan Atomic Energy Agency (JAEA). We obtained the results of 4.4 J laser pulse optical guiding in 4 cm capillary and 0.56 GeV electron production in CAEP in 2006, and 1 J laser pulse optical guiding in 4 cm capillary and electron beams productions.