The development of compact accelerator machines is leading towards the use of plasma-based devices that are able to sustain large acceleration gradients up to several tens of GV m−1. The main issue, in this regard, is due to the necessity to produce the plasma shot-by-shot starting from neutral gases, since its lifetime is limited to a few tens of microseconds. This puts severe limitations on its resulting uniformity, stability and reproducibility, which in turn strongly affects the quality of accelerated beams by plasmas. In this work, we describe a gas-filled discharge-capillary where the plasma generation, achieved by ionizing Hydrogen gas with a high-voltage electrical discharge, is stabilized by triggering its ignition with an external laser pulse. Results show a noticeable stabilization of the resulting plasma density along the capillary and the discharge pulse. This enables the development of very long capillaries and in turn, acceleration lengths as required, for instance, by next-generation plasma-based facilities delivering beams in the GeV-scale.
コンパクトな加速器装置の開発は、数10 GV m⁻¹までの大きな加速勾配を維持できるプラズマベースの装置の利用へと向かっている。この点に関する主な課題は、中性ガスからショットごとにプラズマを生成する必要性に起因しており、その寿命は数10マイクロ秒に限られる。これは、結果として得られるプラズマの均一性、安定性、再現性に深刻な制約を課し、ひいてはプラズマによる加速ビームの品質に強い影響を及ぼす。本研究では、高電圧放電による水素ガスの電離によってプラズマを生成するガス充填放電キャピラリーについて述べる。このプラズマ生成は、外部レーザーパルスによる点火トリガーによって安定化される。結果は、キャピラリーに沿ったプラズマ密度と放電パルスの顕著な安定化を示している。これにより、例えばGeVスケールのビームを供給する次世代プラズマベース施設で必要とされるような、非常に長いキャピラリーひいては長い加速長の開発が可能となる。