JPH0582300A - レーザプラズマ加速器 - Google Patents
レーザプラズマ加速器Info
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- JPH0582300A JPH0582300A JP27012991A JP27012991A JPH0582300A JP H0582300 A JPH0582300 A JP H0582300A JP 27012991 A JP27012991 A JP 27012991A JP 27012991 A JP27012991 A JP 27012991A JP H0582300 A JPH0582300 A JP H0582300A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 極めて短い距離で電子を高エネルギに加速す
ることができるレーザプラズマ加速器を提供することを
目的とする。 【構成】 二波長のＣＯ2 レーザを超高真空度のチェン
バー７内に入射させる。それと同時に、Ｈ2 とＮ2 の混
合ガスをガスパフ装置４によりｎｓ領域で入射させる。
その混合ガスに二波長のＣＯ2レーザを照射することに
より、気体プラズマが発生する。そのプラズマ内には、
二波長のためにビート波が発生している。そのビート波
に電子ビームを入射させることによって、ビート波によ
る電子ビームの加速が実現され、エネルギ増幅が行われ
る。
ることができるレーザプラズマ加速器を提供することを
目的とする。 【構成】 二波長のＣＯ2 レーザを超高真空度のチェン
バー７内に入射させる。それと同時に、Ｈ2 とＮ2 の混
合ガスをガスパフ装置４によりｎｓ領域で入射させる。
その混合ガスに二波長のＣＯ2レーザを照射することに
より、気体プラズマが発生する。そのプラズマ内には、
二波長のためにビート波が発生している。そのビート波
に電子ビームを入射させることによって、ビート波によ
る電子ビームの加速が実現され、エネルギ増幅が行われ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ核融合及び宇宙
往環機の推進システム等に使用するのに好適であり、限
られた空間で、低いエネルギレベルの荷電粒子で、高エ
ネルギ増幅をすることができるレーザプラズマ加速器に
関する。
往環機の推進システム等に使用するのに好適であり、限
られた空間で、低いエネルギレベルの荷電粒子で、高エ
ネルギ増幅をすることができるレーザプラズマ加速器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の加速器は、主な原理としてシンク
ロトロン放射を用いたものが最も高いエネルギを発生し
得るとされてきた。このシンクロトロン型加速器の原理
を図５に示す。図５の（ａ）がサークル型、（ｂ）がラ
イン型である。また、と総称されている。シンクロトロ
ン型加速器の模式図を図６に示す。これは円形の閉軌道
に予備加速した荷電粒子を入射し、高周波電場Ｈで加速
したものである。閉軌道に電子を閉じ込めて３６０°回
転させるためには、電子軌道を曲げる力が必要である。
このため、通常は電磁石を軌道に沿って配置して磁場に
よるローレンツ力で円軌道を形成する。ここで、電子の
軌道が磁場により曲げられる時に発光するのがシンクロ
トロン放射である。シンクロトロンが本質的に高エネル
ギ加速器であるというのは、粒子が事実上光速で、同一
円軌道を周回することを前提としている。即ち、電子が
決められた軌道を一周して、高周波電場からいつもエネ
ルギを受け取るような位相で回転し、加速された電子の
速度はほとんど増えないが、質量が重くなり、この質量
の増加に伴って磁場の強さが増し、エネルギが増える。
こうして、シンクロトロン放射光による加速器が構成さ
れる。
ロトロン放射を用いたものが最も高いエネルギを発生し
得るとされてきた。このシンクロトロン型加速器の原理
を図５に示す。図５の（ａ）がサークル型、（ｂ）がラ
イン型である。また、と総称されている。シンクロトロ
ン型加速器の模式図を図６に示す。これは円形の閉軌道
に予備加速した荷電粒子を入射し、高周波電場Ｈで加速
したものである。閉軌道に電子を閉じ込めて３６０°回
転させるためには、電子軌道を曲げる力が必要である。
このため、通常は電磁石を軌道に沿って配置して磁場に
よるローレンツ力で円軌道を形成する。ここで、電子の
軌道が磁場により曲げられる時に発光するのがシンクロ
トロン放射である。シンクロトロンが本質的に高エネル
ギ加速器であるというのは、粒子が事実上光速で、同一
円軌道を周回することを前提としている。即ち、電子が
決められた軌道を一周して、高周波電場からいつもエネ
ルギを受け取るような位相で回転し、加速された電子の
速度はほとんど増えないが、質量が重くなり、この質量
の増加に伴って磁場の強さが増し、エネルギが増える。
こうして、シンクロトロン放射光による加速器が構成さ
れる。
【０００３】しかしながら、光エネルギを得るためには
理論上、電子の曲率半径を大きくしなけらばならない。
その結果、軌道半径も必然的に大きくなり、システム全
体が大きなものとなる。例えば、電総研の蓄積リング
（ＴＥＲＡＳ）によれば、５６８ｅＶを８００ＭｅＶま
で加速するのに、超伝導磁石を利用して１０ｍの軌道半
径を要している。また、超伝導巨大加速器（以下、ＳＳ
Ｃという）では周囲８７ｋｍ（軌道半径約１４ｋｍ）の
加速リングで粒子を４０ＴｅＶまで加速している。ま
た、このような高エネルギ加速器の技術は得ようとする
エネルギが高エネルギであればあるほど、加速器内部の
ビームガイド用の磁場強度が磁性体の磁気双極間のエネ
ルギを超えてしまい、磁気能率が消滅し、また磁性体を
形成する物質の原子核のクーロン力、磁界のローレンツ
力及び物質間のファンデルワールス力をも超えてしま
い、磁性体の自己破壊が起こり、加速電場によるポテン
シャルエネルギが原子の電子拘束エネルギを超えて、加
速器構造体から電子を剥ぎ取ってしまう。その結果、あ
まり高いエネルギ加速は期待できず、このシンクロトロ
ン放射光を用いて高エネルギを発生させる加速器の限界
が見えてきた。即ち、シンクロトロン加速器のエネルギ
の限界は数ＴｅＶとなる。
理論上、電子の曲率半径を大きくしなけらばならない。
その結果、軌道半径も必然的に大きくなり、システム全
体が大きなものとなる。例えば、電総研の蓄積リング
（ＴＥＲＡＳ）によれば、５６８ｅＶを８００ＭｅＶま
で加速するのに、超伝導磁石を利用して１０ｍの軌道半
径を要している。また、超伝導巨大加速器（以下、ＳＳ
Ｃという）では周囲８７ｋｍ（軌道半径約１４ｋｍ）の
加速リングで粒子を４０ＴｅＶまで加速している。ま
た、このような高エネルギ加速器の技術は得ようとする
エネルギが高エネルギであればあるほど、加速器内部の
ビームガイド用の磁場強度が磁性体の磁気双極間のエネ
ルギを超えてしまい、磁気能率が消滅し、また磁性体を
形成する物質の原子核のクーロン力、磁界のローレンツ
力及び物質間のファンデルワールス力をも超えてしま
い、磁性体の自己破壊が起こり、加速電場によるポテン
シャルエネルギが原子の電子拘束エネルギを超えて、加
速器構造体から電子を剥ぎ取ってしまう。その結果、あ
まり高いエネルギ加速は期待できず、このシンクロトロ
ン放射光を用いて高エネルギを発生させる加速器の限界
が見えてきた。即ち、シンクロトロン加速器のエネルギ
の限界は数ＴｅＶとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の円型加速器は、
シンクロトロン加速器のようにシンクロトロン放射を用
いたもので、少ないエネルギ量で高エネルギを発生させ
ることができるが、しかしその加速距離は高エネルギを
発生させればさせるほど、非常に長距離（数十Ｋｍ以
上）が要求されるという問題点があった。
シンクロトロン加速器のようにシンクロトロン放射を用
いたもので、少ないエネルギ量で高エネルギを発生させ
ることができるが、しかしその加速距離は高エネルギを
発生させればさせるほど、非常に長距離（数十Ｋｍ以
上）が要求されるという問題点があった。
【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、全く新しい原理により、高エネルギを発生
させるにも拘らず、極めて短い距離で電子を加速するこ
とができるレーザプラズマ加速器を提供することを目的
とする。
のであって、全く新しい原理により、高エネルギを発生
させるにも拘らず、極めて短い距離で電子を加速するこ
とができるレーザプラズマ加速器を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザプラ
ズマ加速器は、２波長のＣＯ2レーザを発振する連続発
振型ＣＯ2レーザ発振器と、真空排気されたチェンバー
と、２波長発振されたＣＯ2レーザを前記チェンバーに
導波するレンズ及びミラー系と、Ｈ2及びＮ2の混合ガス
を前記チェンバー内に注入するガスパフ装置と、前記チ
ェンバー内に電子ビームを照射する電子ビーム発振器と
を有することを特徴とする。
ズマ加速器は、２波長のＣＯ2レーザを発振する連続発
振型ＣＯ2レーザ発振器と、真空排気されたチェンバー
と、２波長発振されたＣＯ2レーザを前記チェンバーに
導波するレンズ及びミラー系と、Ｈ2及びＮ2の混合ガス
を前記チェンバー内に注入するガスパフ装置と、前記チ
ェンバー内に電子ビームを照射する電子ビーム発振器と
を有することを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明の原理は、シンクロトロン放射を用い
ず、本装置の真空容器内に高出力の二波長発振されたレ
ーザを入射し、それと同時に数ｎｓｅｃの時間差で混合
ガス（Ｈ2 ：Ｎ2 ＝ｍ：ｎ、但しｍ，ｎは任意）を注入
することにより、気体プラズマを発生させると、二波長
がゆえプラズマ内にプラズマのビート波が発生する。本
装置はこれを利用することにより、短距離で高エネルギ
を発生するようにしたもので、全体として、レーザ加速
器の大幅な小型化が実現される。本発明はまたレーザ加
速器の利用範囲を大幅に拡げるものである。
ず、本装置の真空容器内に高出力の二波長発振されたレ
ーザを入射し、それと同時に数ｎｓｅｃの時間差で混合
ガス（Ｈ2 ：Ｎ2 ＝ｍ：ｎ、但しｍ，ｎは任意）を注入
することにより、気体プラズマを発生させると、二波長
がゆえプラズマ内にプラズマのビート波が発生する。本
装置はこれを利用することにより、短距離で高エネルギ
を発生するようにしたもので、全体として、レーザ加速
器の大幅な小型化が実現される。本発明はまたレーザ加
速器の利用範囲を大幅に拡げるものである。
【０００８】
【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【０００９】図１は、本発明の第１の実施例に係るレー
ザプラズマ加速器のシステムブロック図である。レーザ
光源１６は、波長９．６μｍの連続発振型ＣＯ2 レーザ
と、波長１０．６μｍの自励発振ＣＯ2 レーザを出力
し、このレーザ光源１６から出力された各レーザは移相
器１５により位相変調がかけられ、位相を同期させて発
振器１４に送り込まれる。この発振器１４の出力はパル
ススイッチ１３によりそのレーザ波形がモニタされる。
ザプラズマ加速器のシステムブロック図である。レーザ
光源１６は、波長９．６μｍの連続発振型ＣＯ2 レーザ
と、波長１０．６μｍの自励発振ＣＯ2 レーザを出力
し、このレーザ光源１６から出力された各レーザは移相
器１５により位相変調がかけられ、位相を同期させて発
振器１４に送り込まれる。この発振器１４の出力はパル
ススイッチ１３によりそのレーザ波形がモニタされる。
【００１０】その後、ＴＥＡ−ＰＲＥ増幅器１７によ
り、各レーザのエネルギ増幅が行われ、二種類の電子ビ
ーム制御器２１により、各発振線が独立に増幅される。
その結果、レンズとミラーで位相同期したＣＯ2 レーザ
を分け、波長１０．６μｍのレーザ増幅器９ではＣ2 Ｆ
3 Ｃｌガス１１により位相同期している波長９．６μｍ
のＣＯ2 レーザを減衰させる。同様に波長９．６μｍの
レーザ増幅器１０ではＳＦ6 ガス１２により、位相同期
している波長１０．６μｍのＣＯ2 レーザを減衰させ
る。
り、各レーザのエネルギ増幅が行われ、二種類の電子ビ
ーム制御器２１により、各発振線が独立に増幅される。
その結果、レンズとミラーで位相同期したＣＯ2 レーザ
を分け、波長１０．６μｍのレーザ増幅器９ではＣ2 Ｆ
3 Ｃｌガス１１により位相同期している波長９．６μｍ
のＣＯ2 レーザを減衰させる。同様に波長９．６μｍの
レーザ増幅器１０ではＳＦ6 ガス１２により、位相同期
している波長１０．６μｍのＣＯ2 レーザを減衰させ
る。
【００１１】次に、各レーザは合成され、３パス増幅器
１８により３パスエネルギ増幅が行われる。合成された
レーザはエネルギ波形モニタ１９と、レーザエネルギレ
ベルレコーダ２０により夫々計測され、超高真空度の容
器であるチェンバー７に入射される。
１８により３パスエネルギ増幅が行われる。合成された
レーザはエネルギ波形モニタ１９と、レーザエネルギレ
ベルレコーダ２０により夫々計測され、超高真空度の容
器であるチェンバー７に入射される。
【００１２】次に、同時に混合ガスをチェンバ７に注入
することができるガスパフ装置４を用いて混合ガスを数
ｎｓｅｃ以内の時間差で注入する。そうすると、チェン
バ７内には気体プラズマが均一な密度で発生する。その
中には、プラズマのビート波が発生している。
することができるガスパフ装置４を用いて混合ガスを数
ｎｓｅｃ以内の時間差で注入する。そうすると、チェン
バ７内には気体プラズマが均一な密度で発生する。その
中には、プラズマのビート波が発生している。
【００１３】図２はこのプラズマのビート波を示す模式
図である。加速される媒体となる電子ビーム２２は、気
体プラズマ２３内の電場２４により加速され、エネルギ
増幅された粒子（電子ビーム）２５となる。
図である。加速される媒体となる電子ビーム２２は、気
体プラズマ２３内の電場２４により加速され、エネルギ
増幅された粒子（電子ビーム）２５となる。
【００１４】次に、プラズマのビート波２４により電子
ビーム２２が加速される理由について説明する。プラズ
マの性質を利用すると、電子ビーム２２の中に存在する
粒子を加速する電場２４をプラズマ２３中に発生させる
ことができる。プラズマ２３は全体としては電気的に中
性であるが、電子（ｅ-）と正に帯電したイオンが分離
している状態と考えてよいでので、適当な擾乱によっ
て、負電荷領域（電子密度が過剰な領域）と正電荷領域
（正イオン濃度が過剰な領域）を作りだすことができ
る。こうした不均一な電荷分布は正の領域と負の領域の
間に電場２４を作り出す。電場２４は電子とイオンに対
して等しい力を及ぼすが、電子は正電荷領域へ向かって
加速され、定常的に速度と運動量を獲得する。しかし、
電子の質量よりはるかに大きな質量を持つイオンは、静
止したまま留まることになる。このため、電子が正電荷
領域へ過剰に運ばれ、その濃度にオーバーシュートが生
じると、結果として電場の向きが反転するということに
なる。
ビーム２２が加速される理由について説明する。プラズ
マの性質を利用すると、電子ビーム２２の中に存在する
粒子を加速する電場２４をプラズマ２３中に発生させる
ことができる。プラズマ２３は全体としては電気的に中
性であるが、電子（ｅ-）と正に帯電したイオンが分離
している状態と考えてよいでので、適当な擾乱によっ
て、負電荷領域（電子密度が過剰な領域）と正電荷領域
（正イオン濃度が過剰な領域）を作りだすことができ
る。こうした不均一な電荷分布は正の領域と負の領域の
間に電場２４を作り出す。電場２４は電子とイオンに対
して等しい力を及ぼすが、電子は正電荷領域へ向かって
加速され、定常的に速度と運動量を獲得する。しかし、
電子の質量よりはるかに大きな質量を持つイオンは、静
止したまま留まることになる。このため、電子が正電荷
領域へ過剰に運ばれ、その濃度にオーバーシュートが生
じると、結果として電場の向きが反転するということに
なる。
【００１５】こうして、電子の運動は減速され、その
後、電子は逆向きに引き戻される。このような過程が繰
り返され、電子の「振子」状態が実現する。このよう
な、電子振子の集団がプラズマ中に作り出されると、荷
電粒子（電子ビーム２２）を加速する電場２４を発生す
ることができる。このような電子振子全体の運動は、プ
ラズマ中を進む正電荷領域と負電荷領域の縦波、つまり
プラズマ波を発生することになる。逆にいうと、正電荷
領域と負電荷領域はプラズマ波に沿って進む電場２４を
交互に発生する。従って、電荷粒子（電子ビーム２２）
は、プラズマ波とほとんど同じ速度でプラズマ２３中に
入射され荷電粒子（電子ビーム２２）は、プラズマ波の
一定の位相に乗って電場２４から定常的にエネルギを吸
収して加速されることになる。つまり、プラズマ波の速
度は（隣合った負電荷領域と負電荷領域の間の距離）と
振動数（電子振子の振動数）の積で与えられる。プラズ
マ波の周波数は特定のプラズマの中では一定であり、そ
れはプラズマの電子密度によって決まるプラズマ振動数
である。
後、電子は逆向きに引き戻される。このような過程が繰
り返され、電子の「振子」状態が実現する。このよう
な、電子振子の集団がプラズマ中に作り出されると、荷
電粒子（電子ビーム２２）を加速する電場２４を発生す
ることができる。このような電子振子全体の運動は、プ
ラズマ中を進む正電荷領域と負電荷領域の縦波、つまり
プラズマ波を発生することになる。逆にいうと、正電荷
領域と負電荷領域はプラズマ波に沿って進む電場２４を
交互に発生する。従って、電荷粒子（電子ビーム２２）
は、プラズマ波とほとんど同じ速度でプラズマ２３中に
入射され荷電粒子（電子ビーム２２）は、プラズマ波の
一定の位相に乗って電場２４から定常的にエネルギを吸
収して加速されることになる。つまり、プラズマ波の速
度は（隣合った負電荷領域と負電荷領域の間の距離）と
振動数（電子振子の振動数）の積で与えられる。プラズ
マ波の周波数は特定のプラズマの中では一定であり、そ
れはプラズマの電子密度によって決まるプラズマ振動数
である。
【００１６】従って、プラズマ波の波長を適合な波長に
設定すれば、プラズマ波の速度を光速度に一致させるこ
とができる。こうしてあるプラズマ振動数と適当な波長
をもったプラズマ波が与えられれば、入射した荷電粒子
（電子ビーム２２）をプラズマ波の一定位相に乗せ、プ
ラズマ波の作る電場２４から徐々にエネルギを得るよう
にすることができる。このように、プラズマ波は通常の
技術より強い電場２４を発生させることが可能なので、
短距離で、荷電粒子（電子ビーム２２）を高エネルギに
加速することができる。
設定すれば、プラズマ波の速度を光速度に一致させるこ
とができる。こうしてあるプラズマ振動数と適当な波長
をもったプラズマ波が与えられれば、入射した荷電粒子
（電子ビーム２２）をプラズマ波の一定位相に乗せ、プ
ラズマ波の作る電場２４から徐々にエネルギを得るよう
にすることができる。このように、プラズマ波は通常の
技術より強い電場２４を発生させることが可能なので、
短距離で、荷電粒子（電子ビーム２２）を高エネルギに
加速することができる。
【００１７】本装置ではこのプラズマ波を作る方法とし
てビート波による方法を考えた。即ち、周波数が異なる
連続発振型ＣＯ2 レーザを用いてプラズマ波を発生させ
る。そうすると、この２本のレーザビームは干渉し合
い、２つの波の位相が合って互いに強め合う領域と、位
相が互いに反転して打ち消し合う領域が交互にできる。
その結果、２つのレーザの周波数差に等しい周波数で振
動するビート波が発生する。
てビート波による方法を考えた。即ち、周波数が異なる
連続発振型ＣＯ2 レーザを用いてプラズマ波を発生させ
る。そうすると、この２本のレーザビームは干渉し合
い、２つの波の位相が合って互いに強め合う領域と、位
相が互いに反転して打ち消し合う領域が交互にできる。
その結果、２つのレーザの周波数差に等しい周波数で振
動するビート波が発生する。
【００１８】このようなレーザビームの組をプラズマ中
に集中すると、放射圧の高い領域と低い領域が交互に作
られ、ビート波の振動数がプラズマの振動数と一致して
いればプラズマ電子が共鳴して強力なプラズマ波（電場
２４）が発生する。こうしてＲＦライナック１から発振
された荷電粒子（電子ビーム２２）はプラズマビート波
により、高エネルギに加速することができる。これは数
百ｍでｓｃｃに匹敵するエネルギを得るものであり、短
距離で高エネルギに電子を加速することができる。
に集中すると、放射圧の高い領域と低い領域が交互に作
られ、ビート波の振動数がプラズマの振動数と一致して
いればプラズマ電子が共鳴して強力なプラズマ波（電場
２４）が発生する。こうしてＲＦライナック１から発振
された荷電粒子（電子ビーム２２）はプラズマビート波
により、高エネルギに加速することができる。これは数
百ｍでｓｃｃに匹敵するエネルギを得るものであり、短
距離で高エネルギに電子を加速することができる。
【００１９】こうして、加速される媒体となる電子ビー
ムを電子ビーム発振器（ＲＦライナック）１から発生さ
せ、同時にエネルギ波形モニタ２とエネルギレベルレコ
ーダ３により、電子ビームの波形とエネルギレベルを計
測する。ここで、前述の如く、電子ビームはプラズマ発
生と同時に（数ｎｓｅｃの時間差で）チェンバ７に入射
される必要がある。この場合に、電子ビーム入射混合ガ
スの注入及び２波長ＣＯ2 レーザの入射がチェンバ７内
で同時に実現されたとき、プラズマのビート波による電
子ビームの加速が実現され、高エネルギ増幅が行われ
る。プラズマ密度はＨｅ−Ｎｅレーザ干渉形５により計
測される。また、Ａｒレーザ６からＡｒレーザ光が入射
された高周波計測装置８により、ビート波加速された電
子ビームのエネルギレベルを計測する。
ムを電子ビーム発振器（ＲＦライナック）１から発生さ
せ、同時にエネルギ波形モニタ２とエネルギレベルレコ
ーダ３により、電子ビームの波形とエネルギレベルを計
測する。ここで、前述の如く、電子ビームはプラズマ発
生と同時に（数ｎｓｅｃの時間差で）チェンバ７に入射
される必要がある。この場合に、電子ビーム入射混合ガ
スの注入及び２波長ＣＯ2 レーザの入射がチェンバ７内
で同時に実現されたとき、プラズマのビート波による電
子ビームの加速が実現され、高エネルギ増幅が行われ
る。プラズマ密度はＨｅ−Ｎｅレーザ干渉形５により計
測される。また、Ａｒレーザ６からＡｒレーザ光が入射
された高周波計測装置８により、ビート波加速された電
子ビームのエネルギレベルを計測する。
【００２０】図３は、プラズマビート波加速部の詳細を
示す平面断面図である。荷電粒子である電子ビーム３０
は可動コイル２６により囲まれた空間を進み、この可動
コイルによるソレノイド磁場でその進行方向が３０°曲
げられる。ガスパフ装置２７により、混合ガス（Ｈ2：
Ｎ2＝ｍ：ｎ）が注入される。また、２波長連続発振さ
れたＣＯ2レーザ光２９が前記混合ガスの注入部に照射
される。これにより、気体プラズマ２８が生起する。こ
のプラズマ密度はＨｅ−Ｎｅレーザ干渉計３１により計
測される。このようにして、電子ビーム３０が加速され
る。
示す平面断面図である。荷電粒子である電子ビーム３０
は可動コイル２６により囲まれた空間を進み、この可動
コイルによるソレノイド磁場でその進行方向が３０°曲
げられる。ガスパフ装置２７により、混合ガス（Ｈ2：
Ｎ2＝ｍ：ｎ）が注入される。また、２波長連続発振さ
れたＣＯ2レーザ光２９が前記混合ガスの注入部に照射
される。これにより、気体プラズマ２８が生起する。こ
のプラズマ密度はＨｅ−Ｎｅレーザ干渉計３１により計
測される。このようにして、電子ビーム３０が加速され
る。
【００２１】次に、実際にレーザプラズマを加速する具
体的な方法について説明する。
体的な方法について説明する。
【００２２】これは、二波長ＣＯ2 レーザと同一方向に
相対論的電子ビーム（１ＭｅＶ １００ｎｓのルス幅）
をチェンバー内のプラズマに打ち込み、それを４０Ｔｅ
Ｖまで加速するものである。
相対論的電子ビーム（１ＭｅＶ １００ｎｓのルス幅）
をチェンバー内のプラズマに打ち込み、それを４０Ｔｅ
Ｖまで加速するものである。
【００２３】具体的方法は、以下のとおりである。電子
ビームをソレノイド磁場で３０°曲げる。加速部ではビ
ーム径６ｍｍ、電流５００Ａ、レーザはｆ／１０、焦点
距離３ｍのＮａＣｌレンズで、１ｍｍ径に収束させてい
る。途中、電子スペクトロメーターがあって、加速電子
のスペクトルを計測する。加速部でのプラズマは、ガス
パフでＨ2とＮ2の混合ガス（Ｈ2：Ｎ2＝ｍ：ｎ）を注入
し、レーザで同時に電離して得る。二波長のレーザはＣ
Ｏ2 レーザシステムの発振器に発振しにくい９．６μｍ
光のみＣＷＣＯ2 レーザで外部同期をかけ、１０．６μ
ｍ光は自然発振させる方法で得た。途中の増幅段では一
旦別々に分け、増幅する方がピーク値のそろった安定出
力（各１５０Ｊ、立ち上がり１００ＰＳ、パルス幅０．
０５ｍ）が得られる。実験に近いパラメータでのシュミ
レーション結果が図４で、レーザ入射口より、１ＭｅＶ
の電子ビームを入射（図３）、１００ＰＳのガウス型レ
ーザパルスで、長さが４０００ｍｍの間加速する。図は
出口で電子ビームエネルギの時間変化をプロットしたも
ので、８×１０7ｍｃ、即ち４０Ｔｅ以上の加速が実現
される。
ビームをソレノイド磁場で３０°曲げる。加速部ではビ
ーム径６ｍｍ、電流５００Ａ、レーザはｆ／１０、焦点
距離３ｍのＮａＣｌレンズで、１ｍｍ径に収束させてい
る。途中、電子スペクトロメーターがあって、加速電子
のスペクトルを計測する。加速部でのプラズマは、ガス
パフでＨ2とＮ2の混合ガス（Ｈ2：Ｎ2＝ｍ：ｎ）を注入
し、レーザで同時に電離して得る。二波長のレーザはＣ
Ｏ2 レーザシステムの発振器に発振しにくい９．６μｍ
光のみＣＷＣＯ2 レーザで外部同期をかけ、１０．６μ
ｍ光は自然発振させる方法で得た。途中の増幅段では一
旦別々に分け、増幅する方がピーク値のそろった安定出
力（各１５０Ｊ、立ち上がり１００ＰＳ、パルス幅０．
０５ｍ）が得られる。実験に近いパラメータでのシュミ
レーション結果が図４で、レーザ入射口より、１ＭｅＶ
の電子ビームを入射（図３）、１００ＰＳのガウス型レ
ーザパルスで、長さが４０００ｍｍの間加速する。図は
出口で電子ビームエネルギの時間変化をプロットしたも
ので、８×１０7ｍｃ、即ち４０Ｔｅ以上の加速が実現
される。
【００２４】図４は１ＭｅＶの荷電粒子が４０ＴｅＶに
加速された場合のエネルギを示すグラフであり、その
（ａ）は、横軸が時間（Ｐｓｅｃ）、縦軸がエネルギレ
ベル（Ｐ／ｍｃ）のエネルギスペクトルダイヤグラムで
ある。また、（ｂ）は、時間積分した電子エネルギスペ
クトルダイヤグラムであり、横軸はエネルギレベル（Ｍ
ｅＶ）、縦軸はＦ（Ｅ）を表している。なお、図４
（ａ）は電子加速エネルギの時間変化を４０００ｍｍ下
流で見た図で、時間軸０はガウス型レーザパルス（ガウ
シアンビームパルス）の中心に当たる。
加速された場合のエネルギを示すグラフであり、その
（ａ）は、横軸が時間（Ｐｓｅｃ）、縦軸がエネルギレ
ベル（Ｐ／ｍｃ）のエネルギスペクトルダイヤグラムで
ある。また、（ｂ）は、時間積分した電子エネルギスペ
クトルダイヤグラムであり、横軸はエネルギレベル（Ｍ
ｅＶ）、縦軸はＦ（Ｅ）を表している。なお、図４
（ａ）は電子加速エネルギの時間変化を４０００ｍｍ下
流で見た図で、時間軸０はガウス型レーザパルス（ガウ
シアンビームパルス）の中心に当たる。
【００２５】なお、加速条件は以下のとおりである。 ＣＯ2レーザ（λ＝１０．６μｍ、９．６μｍ） １００ｍプラズマ（Ｎｅ＝１０21／ｃｍ3） ガウシアンビームパルス（τ＝１２０Ｐｓｅｃ） ＩL ＝１．２×１０14Ｗ／ｃｍ2
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明はプラズマ
ビート波により、荷電粒子を短距離で高エネルギに加速
することができるという効果を奏する。
ビート波により、荷電粒子を短距離で高エネルギに加速
することができるという効果を奏する。
【図１】本発明のレーザプラズマ加速器のシステムブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】プラズマビート波の原理図である。
【図３】プラズマビート波加速部の平面断面図である。
【図４】１ＭｅＶの荷電粒子が４０ＴｅＶに加速された
場合のエネルギを示すグラフ図である。
場合のエネルギを示すグラフ図である。
【図５】シンクロトロン型加速器原理図である。
【図６】シンクロトロン放射先による加速器の模式図で
ある。
ある。
１；ＲＦライナック（電子ビーム発振器） ２；エネルギ波形モニタ ３；エネルギレベルレコーダ ４；ガスパフ装置 ５；Ｈｅ−Ｎｅレーザ干渉計 ６；Ａｒレーザ ７；チェンバー ８；エネルギレベル計測装置 ９；レーザ波長１０．６μｍ用増幅器 １０；レーザ波長９．６μｍ用増幅器 １１；Ｃ2Ｆ3Ｃｌガス １２；ＳＦ6ガス １３；パルススイッチ １４；オシレータ １５；移相変調器 １６；９．６μｍ連続発振ＣＯ2レーザと１０．６μｍ
連続発振ＣＯ2レーザ １８；３パス増幅器 １９；エネルギ波形モニタ ２０；エネルギレベルレコーダ ２１；エネルギビーム増幅器 ２２；電子ビーム ２３；プラズマ ２４；電場 ２５；荷電粒子 ２６；可動コイル ２７；ガスパフ装置 ２８；気体プラズマ ２９；ＣＯ2レーザ光 ３０；電子ビーム ３１；Ｈｅ−Ｎｅレーザ干渉計
連続発振ＣＯ2レーザ １８；３パス増幅器 １９；エネルギ波形モニタ ２０；エネルギレベルレコーダ ２１；エネルギビーム増幅器 ２２；電子ビーム ２３；プラズマ ２４；電場 ２５；荷電粒子 ２６；可動コイル ２７；ガスパフ装置 ２８；気体プラズマ ２９；ＣＯ2レーザ光 ３０；電子ビーム ３１；Ｈｅ−Ｎｅレーザ干渉計
Claims (2)
- 【請求項１】 ２波長のＣＯ2レーザを発振する連続発
振型ＣＯ2レーザ発振器と、真空排気されたチェンバー
と、２波長発振されたＣＯ2レーザを前記チェンバーに
導波するレンズ及びミラー系と、Ｈ2及びＮ2の混合ガス
を前記チェンバー内に注入するガスパフ装置と、前記チ
ェンバー内に電子ビームを照射する電子ビーム発振器と
を有することを特徴とするレーザプラズマ加速器。 - 【請求項２】 前記チェンバー内の圧力は１０-7〜１０
-9torrであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ
プラズマ加速器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27012991A JPH0582300A (ja) | 1991-09-21 | 1991-09-21 | レーザプラズマ加速器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27012991A JPH0582300A (ja) | 1991-09-21 | 1991-09-21 | レーザプラズマ加速器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0582300A true JPH0582300A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=17481960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27012991A Pending JPH0582300A (ja) | 1991-09-21 | 1991-09-21 | レーザプラズマ加速器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0582300A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007215774A (ja) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Graduate School For The Creation Of New Photonics Industries | 遺伝子改変装置 |
| EP1871151A1 (en) * | 2006-06-21 | 2007-12-26 | Ecole Polytechnique | Method and devices for creating stable and tuneable quasi monoenergetic electron beam |
| JP2011108579A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Japan Atomic Energy Agency | 荷電粒子加速方法及び荷電粒子加速装置、粒子線照射装置、医療用粒子線照射装置 |
-
1991
- 1991-09-21 JP JP27012991A patent/JPH0582300A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007215774A (ja) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Graduate School For The Creation Of New Photonics Industries | 遺伝子改変装置 |
| JP4713362B2 (ja) * | 2006-02-16 | 2011-06-29 | 学校法人光産業創成大学院大学 | 遺伝子改変装置 |
| EP1871151A1 (en) * | 2006-06-21 | 2007-12-26 | Ecole Polytechnique | Method and devices for creating stable and tuneable quasi monoenergetic electron beam |
| JP2011108579A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-06-02 | Japan Atomic Energy Agency | 荷電粒子加速方法及び荷電粒子加速装置、粒子線照射装置、医療用粒子線照射装置 |
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