Study on an advanced femtosecond hard X-ray source using a laser wakefield electron acceleration in a capillary wiggling plasma channel

摘要

본 연구에서는 레이저-플라즈마 웨이크필드에서 가속되는 전자빔을 진동시켜 싱크로트론 radiation에 기반한 X-ray 발생시키는 개념에 대해 연구하였다. 웨이크필드에서의 전자빔을 횡방향으로 진동시키는 방법으로는 웨이크 포텐셜 내에서의 betatron 운동을 증대시켜 위글링 운동을 일으키는 방법, 외부 언듈레이터를 가속 시스템 끝단에 설치하여 기존 가속기-언듈레이터 시스템과 비슷한 방식으로 싱크로트론 방사광을 만드는 방법 등이 있는데 본 연구에서는 플라즈마에서의 ‘위글링 채널’을 만들어 레이저 펄스와 웨이크필드를 위글링 시킴으로서 (그림 1) 전자빔의 위글링 및 방사광을 얻는 새로운 개념을 제시하였고 시뮬레이션으로 이를 검증하였다. 이러한 개념을 시뮬레이션 상에서 구현하기 위하여 아래와 같은 연구 개발을 수행하였다. ● 1,2,3차원 Particle-in-cell 코드 개발 ● 위글링 플라즈마 채널에서의 레이저 펄스 및 웨이크필드의 위글링 운동과 전자빔 위글링 운동 시뮬레이션 ● 위글링 채널 생성 시뮬레이션을 위한 field ionization routine 및 Coulomb collision 루틴 개발 ● 2차 전자 방출이 채널에 미치는 영향 분석을 위한 2차 전자 방출 계산 루틴 개발 ● 웨이크 포텐셜 내에서 레이저 펄스 tail에 의한 전자빔 betatron 운동 진폭 증가 시뮬레이션 연구 ● 플라즈마 밀도 gradient 조건에서 전자빔 에너지 증대에 대한 연구