プラズマ加速

プラズマ加速 (プラズマかそく、英: plasma acceleration) は、電子、陽電子、イオンなどの荷電粒子を、プラズマ中の急峻な構造によって生成される電場を用いて加速する手法である。

プラズマ中の加速構造は、超短時間のレーザーパルスか、プラズマのパラメータ群に合致した粒子線によって生成される。これらの手法では、従来の線形加速器やシンクロトロンと比べて粒子軌道を曲げる必要がないため、小さなサイズで高エネルギーへの粒子加速を行うことができる。

プラズマ加速の基本概念は、1979年、カリフォルニア大学ロサンゼルス校 (UCLA) の田島俊樹と、によって考案された。その後、プラズマ加速の実験方法は、UCLAのらのグループによって考案された。現在におけるプラズマ加速の実験装置は、従来の加速器より2-3桁大きいオーダーの電場勾配を達成しており、これにより小型な加速器が実現できると考えられている。

小型な加速器は放射線療法などにおいて大きなニーズがある。そのため量子科学技術研究開発機構では量子メスプロジェクトとして研究開発が推進されている。

加速される粒子のエネルギーは年々向上しており、2024年のDRACO-PWレーザーを用いた150 MeV（プロトン）加速の発表を皮切りに、複数の研究グループから100 MeV級加速が報告されている。

主な加速メカニズム プラズマを用いた粒子加速はプラズマの密度や状態によって複数のメカニズムが提唱されている。

航跡場加速（気体プラズマ） 磁気渦加速（臨界密度プラズマ） シース場加速（固体プラズマの裏面） 衝撃波加速（固体プラズマ） 光圧加速（臨海密度プラズマ） クラスターのクーロン爆発による粒子加速

参考文献

関連項目 高エネルギーレーザー科学 加速器 プラズマ