レーザー加速器技術革新！小型化実現で未来を拓く、XFEL？レーザー加速器の小型化と、XFELの可能性

技術革新と未来への展望

技術革新は、未来への大きな可能性を秘めています。

その展望について考察します。

加速力1000倍のレーザー航跡場加速で 自由電子レーザー発振に成功 ―高エネルギー加速器の卓上化に向けたマイルストーン―

✅ レーザー航跡場加速で生成した電子ビームを用いて、極端紫外線領域での自由電子レーザーの発振に成功し、超小型の高エネルギー電子ビーム加速器の実用化に道を開いた。

✅ 従来の加速器に比べて加速力を大幅に向上させるレーザー航跡場加速により、加速距離を短縮し、卓上サイズの装置での先端研究実現の可能性を示した。

✅ 今回の成果は、小型XFEL実現に向けた重要な技術的進歩であり、材料科学、半導体開発、生命科学、量子科学など幅広い分野での新たな研究展開が期待される。

さらに読む ⇒ 量子科学技術研究開発機構出典/画像元: https://www.qst.go.jp/site/press/20260216.html

小型XFELの実現は、様々な分野の研究を加速させるでしょう。

今後の発展が楽しみです。

研究グループは、レーザーパルスの波面乱れ抑制、超音速ガスジェット標的の安定性向上、精密な内部整流構造制御などにより、電子ビームの安定性と単色性を改善しました。

開発した小型アンジュレータを用い、放射光の強度を増幅させることに成功したのです。

この成果は、X線自由電子レーザー（XFEL）への発展の基盤となり、小型XFELの実現を通じて、幅広い分野での先端研究を促進する可能性を秘めています。

小型XFELは、原子・分子の構造変化を動画のように捉えることができ、材料科学、化学、生命科学など、様々な分野での研究革新を加速させるでしょう。

高エネルギー加速器の建設コスト削減や、医療分野への貢献も期待されています。

小型XFELで、原子や分子の構造変化を動画のように捉えられるようになるなんて、すごい！表現の幅が広がりそう。

研究開発の進展と具体的な成果

研究開発の進展と具体的な成果について、詳しく見ていきましょう。

レーザー加速器の「卓上サイズ化」に一歩前進、LWFA電子ビームでFEL発振成功：研究開発の最前線（2/2 ページ）

公開日:2026/02/26

✅ レーザー加速によるプラズマ生成（LWFA）技術を用いたXUV-FELの開発が進められており、その原理と、XUV発振に向けた研究開発の現状が説明されている。

✅ LWFAは、レーザー光線とプラズマを組み合わせることで、従来の加速器よりも小型かつ高効率なXUV-FELを実現できる可能性があり、実験結果として、27nm～50nmのXUV発生に成功している。

✅ LWFAを用いたXUV-FELは、高強度XUV光を発生させることで、様々な分野への応用が期待されており、今後のさらなる研究開発が期待されている。

さらに読む ⇒MONOist出典/画像元: https://monoist.itmedia.co.jp/mn/articles/2602/26/news019_2.html

レーザー加速プラットフォーム技術は、着実に進歩していますね。

今後の成果にも期待しています。

2020年度には、電子加速プラットフォームにおける入射器開発に注力し、レーザーパルスの空間チャープと電子ビーム発生軸の相関を確立しました。

これにより、ビーム電荷量と計測、制御性が向上しました。

また、双こぶ型の密度分布を持つ超音速ガスジェット標的を開発し、単色性の高い電子ビームを再現性良く発生させることに成功しました。

2021年度は、衝撃波入射を用いた電子発生の最適化を進め、EUV-FEL発振に必要な電子ビームパラメータを取得しました。

レーザー波面改良によりポインティング揺らぎを改善し、ΔE/E 1%未満の単色性の高い電子ビームを得ました。

2022年度は、高電荷密度電子ビームを安定生成するための電子入射器開発に注力し、ビームの単色性、ポインティングの安定性、電荷量を改善しました。

2023年度には、磁力相殺型小型アンジュレータを用いたEUV領域でのアンジュレータ光増幅に成功し、レーザー加速プラットフォームの統合稼働を確認しました。

U-REBITの提案を行い、抗がん剤の生理活性と局所薬理効果を確認しました。

2024年度は、電子ビーム収束性の向上によりEUV領域でのアンジュレータ光増幅が安定化し、PICシミュレーションとの整合性も確認されました。

小型光源リングへの極短周期アンジュレータの利用検討も進んでいます。

「相対論的電子ビーム化学療法（U-REBIT）」において、抗がん剤の生理活性と局所薬理効果に関する有望な結果が得られました。

Cバンド高周波（RF）線型加速器の構築も順調に進んでいます。

基礎研究が、こんなにも具体的な成果に繋がっているんですね。すごい！

実用化に向けた次なるステップ

実用化に向けた次なるステップと、今後の展望について解説します。

加速力1000倍のレーザー航跡場加速で 自由電子レーザー発振に成功

✅ レーザー航跡場加速（LWFA）で生成した電子ビームを用いて、極端紫外線（XUV）領域での自由電子レーザー（FEL）の発振に成功し、超小型の高エネルギー電子ビーム加速器の実用化に大きく前進しました。

✅ LWFAは従来の加速器に比べ1000倍以上の加速力を持ち、加速距離を大幅に短縮することで、卓上サイズの小型装置での先端研究実現の可能性を示し、材料科学、半導体開発、生命科学など幅広い分野での研究展開が期待されます。

✅ 今回の成果は、電子ビームの品質と安定性を向上させるための技術開発（レーザーパルス整形、超音速ガスノズルの新規開発、急峻な階段状密度分布の形成）によって達成され、将来的な小型X線自由電子レーザー（XFEL）実現への重要な一歩となりました。

さらに読む ⇒ ResOU出典/画像元: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2025/20260216_2

LWFA技術の実用化に向けた大きな一歩ですね。

医療装置などの小型化にも応用されると良いですね。

大阪大学、理化学研究所、量子科学技術研究開発機構、高エネルギー加速器研究機構の研究グループは、レーザー航跡場加速（LWFA）技術を用いた自由電子レーザーの開発を通して、長年の課題だったプラズマ制御の難しさを克服し、レーザー技術や超音速ガス噴射技術の開発により、高品質の電子ビーム生成を実現しました。

これにより、数十メートル規模の加速器を数ミリから数センチに小型化できる可能性が示されました。

この技術は、医療装置などの小型化に応用できると期待されています。

この成功は、LWFA技術の実用化に向けた大きな一歩であり、基礎研究からエンジニアリング段階への移行を意味します。

基礎研究から実用化への道のりは、とても興味深いですね。今後の展開が楽しみです。

レーザー加速技術の進歩は目覚ましく、今後の科学技術の発展に大きく貢献するでしょう。