Presentation 高強度レーザー加速による放射光源の可能性

神門, 正城

2017-01-09
Description
高強度・超短パルスレーザーを用いた高エネルギーの電子加速研究が日本を始め世界で研究されている。高強度とは典型的には1018 W/cm2、超短パルスとは30~100 fs程度のパルス_幅で、波長は0.8 µmのチタンサファイアレーザーが用いられている。このレーザー加速法の提案は1979年に行われ、その後レーザー技術の進展により1990年代から実験研究が盛んに行われるようになった。2004年には準単色の電子ビーム発生というブレークスルーがあり、その後も進化を続け、エネルギーは4.2 GeV, 規格化エミッタンス ~1 mm-mrad、電子ビームのパルス幅 数_fs, エネルギー拡がり、1-10%程度、電荷量 ~10 pC程度、ほぼシングルバンチ、繰返し < 10 Hz程度の電子発生が可能である。これらのパラメータは全て同時に計測された訳ではないが、発生する領域の小ささを考えれば高品質のビームが生成されていると考えられる。 電子ビーム単体での応用よりも、放射光に変換する方が応用用途は広く、様々な放射光発生方式が考えられている。レーザー加速では、高エネルギーの電子ビームが発生できるため、電子から放射光への変換は通常の加速器と全く変わらない。従って、偏向電磁石からのシンクロトロン放射やアンジュレータ/ウィグラーからの放射は当然期待できる。レーザープラズマに特有なものとしては、電子が加速と同時に蛇行運動することによる放射(ベータトロンX線と呼ばれる)がある。これは、ウィグラー放射に近いスペクトル形状をしており、10-20 keVにピークを持った硬X線領域で、イメージングのデモンストレーションなどが行われている。 既存の加速器ベースの放射光源と比較した場合のレーザー加速ベースの放射光源の利点は、(〜10 m程度の実験室に収まる)小型であること、レーザーパルスと放射光が本質的にジッターフリーであること、レーザー駆動の電子やイオンといった他の粒子と放射光の同期実験が期待できること、などが挙げられる。欠点は放射光のパルス当たりの光子数が少ないことであろう。この辺りについては、ユーザー毎にニーズが異なるが、レーザー技術の進展により大幅に向上できる可能性も紹介したい。 講演では、内閣府CSTIが推進しているImPACTプログラムで行っているレーザー加速X線FELプロジェクト(佐野PM)の試みを紹介するとともに、レーザー加速分野の放射光源の可能性としてのレビューを行う。放射光学会の研究者との有益な議論ができることを期待している。
第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム

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