2단 가속을 이용한 3-GeV 전자빔 개발
WRITER admin DATE 2017-01-05
FILE
dfsfdsfdsf.PNG (215kb), Down 165, 2017-01-05 09:47:56
최근수정일 2017-01-05, IP 115.95*******

<2단 가속을 이용한 3-GeV 전자빔 개발>

Phys. Rev. Lett. 111, 165002 (2013) Editor suggestion paper

 

레이저 전자 가속은 상대론적 영역의 초강력 레이저가 저밀도 플라즈마를 진행하면서 플라즈마 파동을 여기시키고이 플라즈마 파동 내의 강력한 전기장에 의해 전자가 매우 높은 에너지로 가속되는 방법을 말한다이론적으로 페타와트 레이저를 이용하면 Multi-GeV 영역의 전자빔 발생이 가능한 것으로 예측되었으나레이저의 펌핑 에너지를 늘리더라도 전자 뭉치 유입 및 가속 거리 확보 등의 문제를 해결해야만 Multi-GeV 영역의 전자빔 개발이 가능하다이에 본 연구단은 길이과 밀도가 다른 두개의 가스젯을 이용하여 2단계 전자 가속을 구현하여첫번째 가속단에서 전자 뭉치 유입을 일으키고두번째 가속단에서 3 GeV까지 전자빔 에너지를 향상시키는 연구에 성공하였다.

 

본 연구진은 30 펨토초의 펄스폭을 가지는 페타와트 레이저 시스템을 이용하여, 3 GeV 이상의 고에너지 전자빔을 발생시키는 연구를 수행하였다본 연구에서는 전자빔을 발생시키고 수백 MeV까지 가속시키는 4 mm 헬륨 젯 가속 부분과 전자빔의 에너지를 3 GeV 영역까지 가속시키는 10 mm 헬륨젯 가속 부분을 구분하여 2단계 가속 기술을 구현하였다. 2단계 가속은 전자의 발생 단계와 가속 단계를 구별하여 조정함으로서 전자 뭉치 유입과 가속 부분 특성을 각각 조절할 수 있어전자 가속의 품질을 적절하게 조절할 수 있는 장점이 있다아래 그림은 2단 전자 가속의 실험장치 개략도와 2단계 전자가속 기술을 구현한 결과를 보여주고 있다실험에서는 1단 가속 부분에는 2.1x1018 cm-3의 비교적 높은 밀도의 4-mm 헬륨 가스 젯을 사용하여 전자뭉치의 자가 유입이 원활하게 일어나도록 하였다. 1단 가속부에서 나온 전자빔은 400 MeV의 에너지를 가지고 있었다. 2단 가속부분은 0.8x1018 cm-3의 낮은 밀도의 매질을 사용하여 추가적인 전자뭉치의 유입이 없이 균일한 가속이 가능하도록 하였다이렇게 2단 가속을 통하여 전자의 에너지는 획기적으로 증가하여 3 GeV 영역까지 전자빔의 에너지가 증가한 것을 확인할 수 있다이와 같은 2단 가속에 의한 Multi-GeV 전자 가속 기술은 향 후 다단계 가속으로 확장하여 10 GeV 영역의 전자빔 가속 기술 개발의 기반이 될 것으로 기대된다