[论文解读] Plasma Wakefield Accelerator Research 2019 - 2040: A community-driven UK roadmap compiled by the Plasma Wakefield Accelerator Steering Committee (PWASC)

B. Hidding, S. M. Hooker+10 more|Strathprints: The University of Strathclyde institutional repository (University of Strathclyde)|Apr 19, 2019

Laser-Plasma Interactions and Diagnostics参考文献 1被引用 12

一句话总结

该英国路线图概述了2019至2040年推进等离子体尾场加速器研究的战略愿景，提议协调全国投资于激光驱动和束流驱动的等离子体加速器，以实现紧凑型、高梯度的粒子与辐射源。该路线图强调设施建设、国际合作以及跨理事会资助，旨在使英国在全球下一代加速器科学领域占据领先地位，应用涵盖超快科学、医学和高能物理。

ABSTRACT

The acceleration gradients generated in a laser- or beam-driven plasma wakefield accelerator are typically three orders of magnitude greater than those produced by a conventional accelerator, and hence plasma accelerators can open a route to a new generation of very compact machines. In addition, plasma-based accelerators can generate beams with unique properties, such as tens of kiloamp peak currents, attosecond bunch duration, ultrahigh brightness and intrinsic particle beam-laser pulse synchronization. In this roadmap we review the status of plasma accelerator research in the UK. We outline potential applications, describe the research and development required to enable those applications, and discuss synergies with related areas of research. We also set-out the resources required to realise these ambitions and provide a timeline for advances in the key areas.

研究动机与目标

• 应对由于国家投资不足和国际竞争加剧导致的英国在等离子体加速器研究领域领导地位下滑的威胁。
• 通过统一的战略路线图，协调英国高校、国家实验室和机构中从事等离子体尾场加速研究的日益增长的研究群体。
• 通过推进紧凑型、高亮度等离子体加速器，实现超快科学、医学诊断和高能物理领域的变革性应用。
• 通过战略性投资与合作，确保英国在欧核计划（EuPRAXIA）、AWAKE和FACET-II等重大国际项目中保持领先地位。
• 为博士生和早期职业研究人员建立可持续的培训、流动与资助机制，以推动新型加速器技术的发展。

提出的方法

• 成立国家级等离子体尾场加速器指导委员会（PWASC），以协调英国高校、国家实验室（如CLF、ASTeC）和加速器研究所之间的研究工作。
• 在中央激光设施（CLF）建设先进的激光-等离子体加速器设施，实现束流稳定性与重复率超过10 Hz，充分利用英国在高平均功率激光技术方面的专长。
• 支持大学规模的激光-等离子体加速器实验室（如SCAPA束流线）的建设与运行，以推动基础研究与应用研究。
• 在CLARA/ASTeC提出建设专用的等离子体尾场束流线，以实现对束流动力学与应用的高精度研究。
• 确保并增加对关键国际项目（如AWAKE Run 2，2021–2024年）以及欧共体范围倡议（如EuPRAXIA）的项目资助。
• 通过UKRI建立跨理事会资助机制，支持涵盖等离子体物理、新型激光开发与应用驱动创新的跨学科研究。

实验结果

研究问题

• RQ1 在国际投资持续增加且缺乏国家基础设施的背景下，英国如何维持其在全球等离子体尾场加速器研究领域的领导地位？
• RQ2 为实现激光驱动与束流驱动等离子体加速器在科学与工业应用中的稳定、高重复率运行，需要哪些国家级与机构级设施？
• RQ3 英国如何通过战略性参与EuPRAXIA、AWAKE和FACET-II等重大国际项目实现最大影响力？
• RQ4 需要哪些机构与资助机制，以培养下一代研究人员并确保英国各机构间知识的有效转移？
• RQ5 如何构建跨理事会合作机制，以支持从基础等离子体物理到应用技术的等离子体加速器研发全链条？

主要发现

• 等离子体尾场加速器的加速梯度可比传统加速器高出三个数量级，使厘米尺度的加速器即可产生GeV量级的电子束。
• 英国在等离子体加速器研究领域具有强大的国际声誉，但该地位正因国家投资与基础设施不足而面临风险。
• 在中央激光设施（CLF）建设具备高重复率运行（>10 Hz）与束流稳定性的新设施，对推进激光驱动等离子体加速研究至关重要。
• 对AWAKE Run 2项目（2021–2024年）的支持，对英国维持在束流驱动等离子体加速研究领域的领导地位以及获取高能物理应用机会至关重要。
• 发展国家层面的……