최근에, 레이저 구동 입자 가속도는 고 에너지 물리학 실험 및 의료 시설에 사용되는 기존의 방사선 주파수 가속기에 대한 소형 대안으로서 상당한 관심을 끌었다. 레이저 구동 가속도는 이온화 가스 인 플라즈마와 강렬한 레이저 펄스의 상호 작용을 기반으로합니다. 고출력 레이저 펄스가 플라즈마와 상호 작용하면 전자 및 이온을 매우 높은 에너지로 가속화 할 수있는 강력한 전기 및 자기장을 생성 할 수 있습니다.
그러나 레이저 중심의 가속화의 과제 중 하나는 가속 입자의 품질을 유지하는 것입니다. 단일 레이저 펄스가 입자를 가속화하는 데 사용될 때, 가속 프로세스는 불안정 해져 가속 입자의 에너지 및 궤적의 변화를 초래할 수 있습니다. 이는 실제 설정에서 레이저 구동 가속의 응용을 제한 할 수 있습니다.
이러한 도전을 극복하기 위해 Yasuhiko Sentoku 교수가 이끄는 Osaka University의 연구원들은 여러 레이저 빔 레트를 사용하여 새로운 접근법을 탐색했습니다. 단일 레이저 펄스를 여러 개의 빔 레트로 분할 한 다음 특정 방식으로 재결합함으로써 연구자들은 전자 및 이온의보다 안정적이고 제어 된 가속도를 달성 할 수있었습니다.
실험에서 연구원들은 Osaka University의 LaSer Engineering (ILE)에서 "10 PW 레이저 시설"이라는 고출력 레이저 시스템을 사용했습니다. 레이저 시스템은 10 개의 PETAWATTS (PW)의 피크 전력을 갖춘 매우 강렬한 레이저 펄스를 제공 할 수 있으며, 이는 미국 전체의 총 전력 소비와 동일합니다.
여러 레이저 빔 레트를 사용함으로써, 연구자들은 단일 레이저 펄스의 경우와 비교하여 전자와 이온의 가속도가 향상된 것을 관찰했다. 가속화 된 전자는 여러 GEV의 에너지에 도달했으며, 가속 된 이온은 여러 MEV의 에너지에 도달했습니다. 에너지 확산 및 각 발산 측면에서 가속 입자의 품질은 다중 레이저 빔 레트를 사용하여 상당히 우수 하였다.
입자 가속 성능의 개선은 다중 레이저 빔 레트와 플라즈마 사이의보다 안정적이고 제어 된 상호 작용에 기인한다. 다수의 빔 레트를 사용하면 레이저 강도 및 위상 분포를 더 잘 제어 할 수 있었으며, 이는보다 효율적인 가속도와 빔 품질을 향상시켰다.
연구팀은 다수의 레이저 빔 레트의 사용이 고품질 입자 빔을 작고 효율적이며 고품질 입자 빔을 생산할 수있는 차세대 레이저 구동 입자 가속기 개발을위한 길을 열어 줄 수 있다고 생각합니다. 이러한 가속기는 고 에너지 물리학의 기본 연구, 의료 및 산업 목적을위한 소형 방사선 원, X- 선 현미경 및 단층 촬영과 같은 고급 이미징 기술을 포함하여 광범위한 응용 분야를 가질 수 있습니다.
