レーザー航跡場加速のX線およびγ線源への応用

 本連載は,近年進捗が著しいレーザー航跡場加速に関する包括的なレビューを翻訳したものである。原著者はレーザー加速のコンセプト提案者である田島俊樹氏,先駆的なレーザー航跡場加速実験を行なった中島一久氏,レーザー加速の実現に必須だったチャープパルス圧縮の発明者であるジェラルド・ムルー氏の共著である。
 2018年10月2日に発表されたノーベル物理学賞ではレーザーに関わる3氏の研究者が受賞,そのうちの一人が,ジェラルド・ムルー氏である。今日の高強度レーザーの礎がムルー氏によってもたらされていること,その功績に対して敬意を表したい。

8. レーザー航跡場加速のX線およびγ線源への応用

レーザー航跡場加速(laser wake field acceleration, LWFA)は高エネルギーの光をコンパクトな装置で発生させる前例の無い技術であり,かつそのビームは超短パルス,超低エミッタンス等の特性を持つことから,非常にコンパクトなX線やγ線源への応用が期待されている。例えばLFWAはX線領域を含む高振動数ベータトロン放射を励起する1〜3)。また,レーザーコンプトンX線やγ線は,シンクロトロンX線が輝度を失い始める高エネルギー領域(i.e.>100 keV)をはるかに超えるエネルギーを持ち,しかも簡単にエネルギーを変えることが出来る非常に重要な手法である4〜8)

さらに,極めて線幅の狭いX線やγ線が生成できることも特徴である。この特徴によってLWFAは核光学の分野において大変重要な役割を担うと考えられる9)。また,LWFA加速された電子線を別のレーザー光と衝突させることによって,全光学的なレーザーコンプトンX線も実現可能で10, 11),さらにはLWFAで加速された電子を磁場アンジュレータに入射し自由電子レーザー(flee electron laser, FEL)でX線を生成することもできる。このためのアンジュレータは例えば別のレーザーパルスのような大振幅の電磁場で生成されうる。この章では特にLWFAによって駆動される自由電子レーザーについて概説し,その他の手法については他の文献に譲る。

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