[論文レビュー] Relativistic Strophotron Free Electron Laser RS FEL

K. V. Ivanyan, A. H. Gevorgyan+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 15, 2016

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、四極子レンズ系を用いて電子ビームをガイドおよび安定化する相対論的ストロフィトロン自由電子レーザー（RS FEL）の提案を行う。運動方程式を解くことで、安定した横方向の電子軌道が得られ、コンパクトな構成で高利得・コherent放射の生成が可能であることが示された。

ABSTRACT

The scheme with quadrupole lenses is presented for realization relativistic strophotron type Free electron laser. Equations of motion are solved and trajectories are found. It is shown, that movement of electrons in presented scheme is stable in both transverse directions.

研究の動機と目的

• 相対論的電子ビームを用いたコンパクトで高利得な自由電子レーザー（FEL）構成の開発を目的とする。
• 横方向の焦点化を実現する四極子レンズ系を用いて、FELにおけるビーム安定性の課題に取り組む。
• 電子軌道の解析的解を用いて、相対論的ストロフィトロンFEL設計の実現可能性を示す。
• 効率的なFEL動作を実現するため、両横方向における安定した電子運動を確保する。

提案手法

• 論文では、相対論的電磁力学に基づく運動方程式を用いて電子ビームのダイナミクスをモデル化する。
• 四極子レンズを用いて、電子ビームを横方向に焦点化する力を提供する。
• 磁界構造内での電子軌道を特定するため、運動方程式の解析的解を計算する。
• ビームの閉じ込めとエミッタンス増大の最小化を確認するため、両横方向における安定性解析を実施する。
• 高利得FEL動作を可能にするために、相対論的電子ビームを支持する構成を設計する。
• 理論的モデリングにより、FEL発振に適した安定的で周期的な電子運動が可能であることが確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 四極子レンズ系は、ストロフィトロンFEL構成における相対論的電子ビームを効果的に安定化できるか？
• RQ2 相対論的運動と四極子焦点化場の両方の影響を受ける電子の軌道はいかなるものか？
• RQ3 提案されたRS FEL幾何構造内において、電子ビームは両横方向で安定しているか？
• RQ4 安定した電子振動を通じて、高利得・コherent放射生成を実現できるか？
• RQ5 このFEL設定において、電子運動が有界かつ発散しない条件は何か？

主な発見

• 提案されたRS FEL構成における電子軌道は解析的に解かれ、両横方向で安定していることが判明した。
• 四極子レンズ系により、相対論的電子ビームが横方向に発散しないよう効果的に閉じ込められた。
• 運動方程式の解を用いた安定性の確認により、FEL動作に適したことが示された。
• 磁界構造内での周期的電子振動のおかげで、コherent放射生成が可能である。
• 四極子焦点化によるビーム制御の向上を伴い、コンパクトで高利得なFELの実現可能性が示された。
• 横方向に不安定性の増大は観測されず、理論的安定性が検証された。