Descripción del proyecto
Aceleración de la investigación en ciencia fotónica con una fuente de haz de electrones ultrabrillante de sobremesa
Los aceleradores de electrones utilizados para producir fotones de alta calidad han avanzado enormemente en las últimas décadas. Las fuentes actuales de fotones de cuarta generación se basan en el láser de electrones libres inventado hace casi cincuenta años y producen haces de electrones en enormes aceleradores lineales de vanguardia (a escala kilométrica). Con cada generación ha llegado una mejora sin precedentes en el brillo y la resolución temporal, lo que ha propiciado una explosión de investigación fundamental en campos como la ciencia de los materiales, la química, la biología molecular y las ciencias de la vida. El proyecto NeXource, financiado con fondos europeos, se encuentra a la vanguardia de la próxima generación de fuentes de haces de electrones basadas en plasma para la ciencia fotónica y la física de alta energía. El acelerador del equipo del proyecto no solo tendrá un brillo potencialmente 100 000 veces mayor que el de las fuentes convencionales, sino que será un sistema de sobremesa accesible para laboratorios universitarios, lo que acelerará la investigación en la ciencia fotónica a la velocidad del rayo.
Objetivo
High-quality electron beams are required for advanced light sources and for high energy physics. Engines of discovery such as free-electron-lasers (FELs) and other bright light sources, are driven by electron beams today produced in km-long state-of-the-art linear accelerators (linacs). A complementary alternative are cm-scale plasma-based accelerators, which are feasible in university-lab scale environments. The NeXource project aims at combining key advantages of both types of accelerators to realize hybrid plasma-based accelerators orders of magnitude smaller and at the same time with electron beam quality orders of magnitude better than state-of-the-art. This has far-reaching impact as it will enable the construction of table-top coherent hard x-ray sources with extreme brightness.
This project is motivated by experimental breakthroughs obtained in the E210 collaboration at the linac-driven plasma accelerator facility FACET at the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) and by the progress at laser-plasma-accelerator facilities, combined with novel conceptual approaches towards beams with unprecedented 6D-brightness by using tailored beamloading in plasma-based photocathodes.
A dedicated setup for plasma photocathode prototyping and hybrid plasma acceleration will be established at the Scottish Centre for the Application of Plasma-based Accelerators (SCAPA) to develop beam brightness transformers. This R&D will be complemented by campaigns at SLAC, DESY, Daresbury Laboratory and laser-plasma-accelerator labs in Europe. Start-to-end simulations indicate that hard x-ray FEL’s with ultrahigh gain and other advanced light sources can be realised with such electron beams in university-scale labs, which would have transformative impact on photon science and a wide range of natural, life and material science.
Ámbito científico
Palabras clave
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-COG - Consolidator GrantInstitución de acogida
40225 Dusseldorf
Alemania