カーボンナノチューブプラズマからのフェムト秒レーザー駆動高輝度硬X線フラッシュ

持続時間が極めて短い高輝度X線源やγ線源は、基礎科学、産業、医学において広く求められている。ガス中のレーザー航跡場によって加速された相対論的電子に基づく小型フェムト秒X線源は、非常に素晴らしい成果を収めている。しかし、レーザーから硬X線光子（ > 10 keV）へのエネルギー変換効率は、10⁻⁷～10⁻⁵に制限されている。今回我々は、ガスの代わりにカーボンナノチューブでできたターゲットから、硬X線フラッシュを高い収率で生成したことを報告する。相対論的エネルギーまで加速された数桁多い電子が、ナノチューブターゲットによって形成された臨界に近い密度のマイクロメートルスケールのプラズマの内部で強く蛇行し、1ショット当たり10¹²個の高エネルギー光子を放出する。硬X線の収率は、1ジュール当たり10¹⁰光子を超える。これは、10⁻³という前例のない効率に相当する。そうしたターゲットは、近い将来実現される10 PWクラスのレーザーを照射すると、既存の線源を2桁上回る輝度の10 MeV光子を放出する可能性がある。