High-repetition rate particle acceleration end-station for ultrafast science

用于超快科学的高重复率粒子加速终端站

基本信息

  • 批准号:
    RTI-2023-00321
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Research Tools and Instruments
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Advancements in high intensity laser interactions, enabled by the 2018 Nobel Prize winning technology of Chirped Pulse Amplification, have led to a new generation of bright, compact, laser--driven particle accelerators, producing beams and radiation sources over a broad range of energies and wavelengths. However, the greatest challenge in the wide-spread adoption of laser--driven particle accelerators remains in its multi--parameter optimization and control. High- repetition rate operation supports higher levels of control and stability of laser--driven sources using active feedback hardware and software systems to vary laser and plasma conditions in real time. Here, we propose a novel end--station dedicated to high--repetition rate laser experiments using the new 15 TW laser at the University of Alberta (UofA). This compact 10 Hz end-station will be the first of its kind in Canada, and one of few many-Hz TW platforms in the world. It will provide training opportunities to Highly Qualified Personnel (HQP) to pursue the optimization and application of laser--wakefield acceleration for energetic particle production and the generation of ultrafast (femtosecond duration), multi-modal sources of X-ray and infrared radiation. Development of these sources on the UofA campus can have far--reaching applications in material science, manufacturing, medicine, and agriculture, including ultrafast time--resolved studies of transient heating and phase transitions in materials, X--ray probes for advanced manufacturing, tailored particle sources for precise tumor treatment, radiation sources for imaging of biological tissue, and novel probes for soil complexes and grain attributes. Most importantly, the proposed end--station will provide daily, hands -on training opportunities for HQP in a cutting--edge branch of plasma science and compact particle accelerators. It is anticipated that this end--station could provide at least 15 new training opportunities for HQP over the next three years, with extended training opportunities as sources are optimized for interdisciplinary applications. This end--station will support trainees at all levels (undergraduate, graduate, and postdoctoral) to develop marketable skills and apply new techniques in optical, laser and plasma physics for the benefit of Canadian science, industry, and medicine. The next frontier of laser--plasma science will be pursued using high repetition rate laser systems, and the proposed equipment will position Canadian scientists to become leaders in this area.
高强度激光相互作用的进步是由2018年诺贝尔奖获得的脉搏扩增技术启用的,导致了新一代的明亮,紧凑,激光 - 驱动的粒子加速器,在广泛的能量和波长范围内产生梁和辐射源。但是,在广泛采用激光驱动的粒子加速器中,最大的挑战仍然是参数优化和控制。高重复率操作支持激光的更高级别的控制和稳定性 - 使用主动反馈硬件和软件系统实时改变激光和等离子体条件。在这里,我们提出了一个新颖的结束 - 使用艾伯塔大学(UOFA)新的15 TW激光器(UOFA)的新的15 TW激光进行了专门针对较高的重复速率激光实验。这个紧凑的10 Hz端站将是加拿大同类产品中的第一个,也是世界上少数多个Hz TW平台之一。它将为高素质的人员(HQP)提供培训机会,以追求激光的优化和应用 - Wakefield加速度用于高能粒子产生和产生Ultrafast(飞秒持续时间),X射线和红外辐射的多模式来源。在UOFA校园中的这些来源的开发可能在材料科学,制造,医学和农业中具有远距离的应用,包括超快时间 - 对材料的瞬态加热和相位过渡的研究,用于先进制造的X-射线探针,量身定制的,用于精确的肿瘤治疗,用于生物组织和新颖的植物和新颖的植物和新颖的植物和新颖的粒子源和植物植入量。最重要的是,拟议的结束 - 站将在等离子体科学和紧凑的粒子加速器的切割边缘分支中为HQP提供日常的,手动的训练机会。可以预料,这个结束 - 站点在未来三年内至少为HQP提供15个新的培训机会,并提供了扩展的培训机会,因为资料来源已针对跨学科应用进行了优化。该结束 - 部门将支持各个级别(本科,研究生和博士后)的受训者,以发展可销售的技能,并将新技术应用于光学,激光和等离子体物理学,以造福加拿大科学,工业和医学。激光的下一个前沿 - 浮雕科学将使用高重复速率激光系统进行,拟议的设备将使加拿大科学家成为该领域的领导者。

项目成果

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