小型加速器技術がエネルギーのマイルストーンに到達(Compact Accelerator Technology Achieves Major Energy Milestone)

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2023-11-28 テキサス大学オースチン校(UT Austin)

◆テキサス大学オースティン校の研究者らは、20億電子ボルト(10GeV)のエネルギーを持つ電子ビームを生成する、長さ10メートル未満のコンパクトな粒子加速器を実証しました。通常のアクセルは数キロメートルものスペースを必要とし、高価で国立研究所や大学に限定されていたが、新しいアクセルは10センチメートルの空間で同等のエネルギーを達成できる。
◆これにより、宇宙電子機器の放射線耐性のテスト、新しい半導体チップの3D内部構造のイメージング、がん治療や医療画像技術の開発など、さまざまな用途が可能になると期待されている。アクセルはナノ粒子を使用し、効率的なエネルギー供給を可能にしている。将来的には、卓上に収められ、数千回/秒の繰り返し発射が可能なコンパクトなレーザーで駆動することが目標とされている。

<関連情報>

10cmの超小型粒子加速器における高電荷電子束10GeV加速
The acceleration of a high-charge electron bunch to 10 GeV in a 10-cm nanoparticle-assisted wakefield accelerator

Constantin Aniculaesei;Thanh Ha;Samuel Yoffe;Lance Labun;Stephen Milton;Edward McCary;Michael M. Spinks;Hernan J. Quevedo;Ou Z. Labun;Ritwik Sain;Andrea Hannasch;Rafal Zgadzaj;Isabella Pagano;Jose A. Franco-Altamirano;Martin L. Ringuette;Erhart Gaul;Scott V. Luedtke;Ganesh Tiwari;Bernhard Ersfeld;Enrico Brunetti;Hartmut Ruhl;Todd Ditmire;Sandra Bruce;Michael E. Donovan;Michael C. Downer;Dino A. Jaroszynski;Bjorn Manuel Hegelich
Matter and Radiation at Extremes  Published:November 15 202
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0161687

The electron diagnostics setup, containing a gas cell, a dipole magnet, and two scintillating screens, DRZ1 and DRZ2. The entire setup is placed inside vacuum chambers. The laser and electron bunches propagate from right to left.

An intense laser pulse focused onto a plasma can excite nonlinear plasma waves. Under appropriate conditions, electrons from the background plasma are trapped in the plasma wave and accelerated to ultra-relativistic velocities. This scheme is called a laser wakefield accelerator. In this work, we present results from a laser wakefield acceleration experiment using a petawatt-class laser to excite the wakefields as well as nanoparticles to assist the injection of electrons into the accelerating phase of the wakefields. We find that a 10-cm-long, nanoparticle-assisted laser wakefield accelerator can generate 340 pC, 10 ± 1.86 GeV electron bunches with a 3.4 GeV rms convolved energy spread and a 0.9 mrad rms divergence. It can also produce bunches with lower energies in the 4–6 GeV range.

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2004放射線利用
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