The Laser and Plasma Accelerators Workshop 2009 was part of a very successful series of international workshops which were conceived at the 1985 Laser Acceleration of Particles Workshop in Malibu, California. Since its inception, the workshop has been held in Asia and in Europe (Kardamyli, Kyoto, Presqu'ile de Giens, Portovenere, Taipei and the Azores). The purpose of the workshops is to bring together the most recent results in laser wakefield acceleration, plasma wakefield acceleration, laser-driven ion acceleration, and radiation generation produced by plasma-based accelerator beams. The 2009 workshop washeld on 22–26 June in Kardamyli, Greece, and brought together over 80 participants.(http://cfp.ist.utl.pt/lpaw09/).The workshop involved five main themes:• Laser plasma electron acceleration (experiment/theory/simulation)• Computational methods• Plasma wakefield acceleration (experiment/theory/simulation)• Laser-driven ion acceleration• Radiation generation and application.All of these themes are covered in this special issue of Plasma Physics and Controlled Fusion.The topic and application of plasma accelerators is one of the success stories in plasma physics, with laser wakefield acceleration of mono-energetic electrons to GeV energies, of ions to hundreds of MeV, and electron-beam-driven wakefield acceleration to 85 GeV. The accelerating electric field in the wake is of the order 1 GeV cm-1, or an accelerating gradient 1000 times greater than in conventional accelerators, possibly leading to an accelerator 1000 times smaller (and much more affordable) for the same energy. At the same time, the electron beams generated by laser wakefield accelerators have very good emittance with a correspondingly good energy spread of about a few percent. They also have the unique feature in being ultra-short in the femtosecond scale. This makes them attractive for a variety of applications, ranging from material science to ultra-fast time-resolved radiobiology or chemistry. Such laser-generated beams will form the basis of the fifth generation light sources and will be compact versions of the much more expensive fourth generation XFEL, such as LCLS light sources. Laser-driven ion acceleration is also making rapid headway; one of the goals in these experiments is to produce protons and carbon ions of hundreds of MeV for oncology. These experiments are carried out using solid-target–laser interactions. There is still a number of issues to be resolved in these experiments including the origin of light ions. The paper by Willingale et al addresses this issue and demonstrates that deuteron ions originating from the front surface can gain comparable energies as those from the rear surface. Furthermore, from two-dimensional simulations they showthat a proton-rich contamination layer over the surface is detrimental to deuteron ion acceleration from the rear surface but not detrimental to the front surface acceleration mechanism. Studies of different laser polarizations on ion acceleration at the rear surface were reported by Antici et al. It was shown that no real enhancement using a particular polarization was found. At higher radiation intensities, especially with the multi-petawatt lasers being planned, radiation reaction becomes important. This was reported by Chen et al who found that radiation reaction effects on ion acceleration in laser–foil interactions impeded the backward moving electrons, which enhanced the ion acceleration. An interesting new development is the use of ultra-relativistic proton beams to drive plasma wakefields. This is similar to the SLAC electron-beam-driven wakefields. However, unlike the SLAC electron beam, which is of the order of 30 fs long and matches the period of the plasma wave necessary to create the blowout or bubble regime, the ion beam is very much longer. To create shorter ion beams a magnetic compression scheme is investigated in the paper byCaldwell et al, and results for proton beam self-modulation are presented, showing encouraging results for a first experiment using a compressed 24 GeV CERN PS beam. One ofthe main challenges with laser wakefields is the control of electron injection. In some experiments involving the bubble regime self-injection occurs naturally. Kneip et al show that the stability of the electron beam with energies close to 1 GeV is correlated with the pointing stability of the laser focal spot and depends on the target alignment. Theory and simulations of self-injection reported by Yi et al demonstrate that there is a minimal expansion rate for efficient self-injection. In contrast to solid target ion acceleration, the electron profile in the bubble regime was shown to be manipulated by rotating the laser polarization. Simulations of self-injection into an expanding bubble are reported by Kalmykov et al with the expanding bubble effectively trapping quiescent electrons. To increase the energy of electrons in the laser wakefield scheme, guiding and injection into plasma channels is important. Andreev et al have studied supershort electron bunches in channels with the view of understanding bunch injection. Modelling of electron acceleration in centimetre long capillary tubes is also necessary for future accelerators and isthe main part of the paper by Ferrari et al. One of the applications of short-pulse electron beams is in radiation generation as reported by Karagodsky et al. This is an analogue of a technique pioneered in microwave physics where inverse Compton scattering from an optical Bragg structure generates x-rays with high efficiency. The next workshop will be held on 20–24 June 2011 in Wuzhen, Zhejiang Province of China and the scientific programme will be follow the same model as in 2009.
レーザー及びプラズマ加速器ワークショップ2009は、1985年にカリフォルニア州マリブで構想されたレーザー粒子加速ワークショップという非常に成功した国際ワークショップシリーズの一部でした。創設以来、このワークショップはアジアとヨーロッパ（カルダミリ、京都、ジアン・ド・ジアン、ポルトヴェーネレ、台北、アゾレス諸島）で開催されてきました。このワークショップの目的は、レーザー航跡場加速、プラズマ航跡場加速、レーザー駆動イオン加速、およびプラズマベースの加速器ビームによる放射生成に関する最新の成果を結集することです。2009年のワークショップは6月22日から26日にギリシャのカルダミリで開催され、80名以上の参加者が集まりました。(http://cfp.ist.utl.pt/lpaw09/) このワークショップは5つの主要テーマを扱いました： • レーザープラズマ電子加速（実験／理論／シミュレーション） • 計算手法 • プラズマ航跡場加速（実験／理論／シミュレーション） • レーザー駆動イオン加速 • 放射生成と応用 これらのテーマはすべて、Plasma Physics and Controlled Fusionの本特集号で扱われています。 プラズマ加速器の話題と応用は、プラズマ物理学における成功事例の一つです。レーザー航跡場加速による単色電子のGeVエネルギーへの加速、イオンの数百MeVへの加速、そして電子ビーム駆動航跡場加速による85GeVへの加速が実現されています。航跡場内の加速電場は1GeV cm⁻¹のオーダーであり、これは従来の加速器よりも1000倍大きい加速勾配に相当し、同じエネルギーに対して1000倍小型化（かつ大幅に低コスト化）した加速器を可能にする可能性があります。同時に、レーザー航跡場加速によって生成された電子ビームは、非常に優れたエミッタンスと、数パーセント程度の対応する良好なエネルギー広がりを持ちます。また、フェムト秒スケールの超短パルスという独自の特徴も有しています。これにより、材料科学から超高速時間分解放射生物学や化学に至るまで、多様な応用に対して魅力的なものとなっています。このようなレーザー生成ビームは、第5世代光源の基盤を形成し、LCLSなどのはるかに高価な第4世代XFELのコンパクト版となるでしょう。 レーザー駆動イオン加速も急速な進展を見せています。これらの実験の目標の一つは、腫瘍学のために数百MeVの陽子と炭素イオンを生成することです。これらの実験は、固体ターゲットとレーザーの相互作用を用いて行われます。これらの実験では、軽イオンの起源を含め、依然として解決すべき多くの問題が残っています。Willingaleらの論文はこの問題に取り組み、前面から発生する重陽子が後面からのものと同等のエネルギーを得ることができることを実証しています。さらに、2次元シミュレーションから、表面の陽子リッチ汚染層は後面からの重陽子加速には有害であるが、前面の加速メカニズムには有害ではないことを示しています。 Anticiらは、後面での異なるレーザー偏光によるイオン加速の研究を報告しました。特定の偏光を用いても実質的な向上は見られないことが示されました。より高い放射強度、特に計画中のマルチペタワットレーザーでは、放射反応が重要になります。Chenらは、レーザー・フォイル相互作用におけるイオン加速への放射反応効果が後方へ移動する電子を妨げ、それがイオン加速を増強することを報告しました。 興味深い新しい展開として、超相対論的陽子ビームを用いてプラズマ航跡場を駆動することが挙げられます。これはSLACの電子ビーム駆動航跡場と類似しています。しかし、約30フェムト秒の長さでブローアウトまたはバブル領域を生成するために必要なプラズマ波の周期に一致するSLACの電子ビームとは異なり、陽子ビームははるかに長くなります。より短い陽子ビームを生成するために、Caldwellらの論文では磁気圧縮スキームが検討され、圧縮された24GeVのCERN PSビームを用いた最初の実験に向けた陽子ビーム自己変調の結果が示され、有望な結果が得られています。 レーザー航跡場における主要な課題の一つは、電子注入の制御です。バブル領域を含むいくつかの実験では、自己注入が自然に発生します。Kneipらは、1GeVに近いエネルギーの電子ビームの安定性がレーザーフォーカルスポットのポインティング安定性と相関し、ターゲットのアライメントに依存することを示しています。Yiらによる自己注入の理論とシミュレーションは、効率的な自己注入には最小の膨張率が存在することを実証しています。固体ターゲットイオン加速とは対照的に、バブル領域における電子プロファイルは、レーザー偏光を回転させることで操作できることが示されました。Kalmykovらは、膨張するバブルへの自己注入のシミュレーションを報告しており、膨張するバブルが静止電子を効果的に捕捉することを示しています。 レーザー航跡場方式で電子のエネルギーを増加させるには、プラズマチャネルへのガイドと注入が重要です。Andreevらは、チャネル内の超短電子バンチを研究し、バンチ注入の理解を目指しました。センチメートル長のキャピラリーチューブ内での電子加速のモデリングは、将来の加速器にも必要であり、Ferrariらの論文の主要部分を占めています。 短パルス電子ビームの応用の一つは、放射生成です。Karagodskyらが報告したように、これはマイクロ波物理学で開拓された技術の類似物であり、光学ブラッグ構造からの逆コンプトン散乱によって高効率のX線を生成します。 次のワークショップは、2011年6月20日から24日に中国浙江省烏鎮で開催される予定で、科学プログラムは2009年と同じモデルに従う予定です。