Research press release

レーザー駆動粒子加速器で生成されるX線

Nature Physics

X-rays produced by laser-driven particle accelerator

従来のシンクロトロンの数百分の一の大きさの波長可変型X線源が、Nature Physics(電子版)に報告される。今回の実証結果は、創薬、材料科学、生物学、ナノテクノロジーや基礎物理の研究にますます重要になりつつあるツールである、コヒーレントな超高速X線パルス源の価格を下げ、利用しやすくすることへの大きな一歩である。

シンクロトロンや自由電子レーザーなどの高強度X線源では、光速に近い速度で動く電子のパルスを生成するのに、大きな粒子加速器を必要とする。生成された高速電子のパルスはアンジュレーターとよばれる構造体に注入され、コヒーレントな放射光の高強度パルスが放射される。このようなX線源は、構成要素である加速器の大きさが一般的に直径数百メートルであり、価格は10億ドルになることもあるため、これまでに数十台ほどしか作られていない。

M Fuchsたちは、このような従来型の加速器を、いわゆるレーザープラズマ航跡場加速器に置き換えた。これは、高強度レーザーを使って、わずか数センチメートルの距離で高エネルギー電子のビームを発生させる。はるかに小さくかつ安くなるため、レーザー駆動X線源を個々の大学が建設し、維持するのはかなり容易になるはずである。

A tunable X-ray source hundreds of times smaller than a conventional synchrotron is reported online this week in Nature Physics. The demonstration is an important step towards reducing the cost and increasing the availability of coherent, ultrafast, pulsed sources of X-rays, which are increasingly important tools in drug discovery, materials science, biology, nanotechnology and fundamental physics research.

High-intensity X-ray sources such as synchrotrons and free-electron lasers require large particle accelerators to produce bursts of electrons travelling at close to the speed of light. The electrons are then fed into a structure known as an undulator, which causes them to emit an intense burst of coherent radiation. Owing to the size and cost of the accelerator component of these X-ray sources ― typically hundreds of metres in diameter and up to $1 billion ― only a few dozen devices have ever been built.

Matthias Fuchs and colleagues replace these conventional accelerators with a so-called laser-plasma wakefield accelerator. This uses a high-intensity laser to generate a beam of high-energy electrons over a distance of just a few centimetres. Being much smaller and cheaper, laser-driven X-ray sources should be considerably easier for individual universities to build and maintain.

doi: 10.1038/nphys1404

「注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したプレスリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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