レーザー加速による高エネルギー電子加速

High energy electron by laser wakefield acceleration

中島 一久; 出羽 英紀; 神門 正城; 細貝 知直; 小瀧 秀行

Nakajima, Kazuhisa; Dewa, Hidenori; Kando, Masaki; Hosokai, Tomonao; Kotaki, Hideyuki

加速器の多くは高周波加速方式を用いており、その加速電場は100MV/m程度に制限されている。近年のレーザーの進歩により、高強度レーザーをプラズマ中に集光し、電子プラズマ波を航跡として励起することが可能となった。この航跡の加速電場は、100GeV/mに達することが知られ、これを加速に用いれば加速器が1/100~1/1000に小型化される。ピーク出力2TW、パルス幅90fsのレーザーパルスを使用し、レーザー航跡場加速実験を行った。最高加速エネルギーゲイン250MeVに達する電子が観測され、レーザーによる高エネルギー粒子加速の可能性を示すことができた。レーザー航跡場加速は、非常に高い加速勾配をもつが、その加速距離の1mm程度以下に制限されるため粒子を有効に加速できない。この問題を解決するために、レーザーパルスのガイディングを行うプラズマ光導波路が提案されている。キャピラリーのプレプラズマを用いた高速Zピンチ放電方式を採用することにより、長寿命のプラズマ光導波路の開発に成功した。このプラズマ光導波路を用いて2TW,90fsのレーザーパルスを2cmにわたり伝播させる実験に、世界で最初に成功した。以上のような予備的な実験や研究成果に基づき平成11年に移転した新研究棟において、1GeV以上の電子加速の実証実験を計画している。このためのビーム入射器はフォトカソード高周波電子銃と150MeVマイクロトロンからなる装置で、超短パルス、ミクロンサイズの高品質電子ビームの生成をめざしビーム調整を行っている。

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