エネルギー回収型リニアック

エネルギー回収型リニアック（ERL）は、シンクロトロン放射によってX線を生成するために使用される電子ビームを提供する線形粒子加速器の一種です。^{[ 1 ]} 1965年に初めて提案され^{[ 2 ]、} 2000年代初頭から注目を集めるようになりました。^{[ 3 ]}

科学実験におけるX線ビームの有用性は、ビームのスペクトル放射輝度に依存します。スペクトル放射輝度とは、特定の波長の光パワーが一点に集中している度合いを示す指標です。X線源に関するほとんどの科学文献では、光パワーではなく、生成される光子の数を表す「輝度」という密接に関連する用語が用いられています。光子のエネルギーは、光子の波長に反比例します。

非常に高い出力は通常、エネルギーを短いパルスで供給することによって得られ、装置が妥当な電力要求と冷却制限内で動作することを可能にします。パルス長と繰り返し周波数によっては、平均スペクトル放射輝度はピークスペクトル放射輝度よりもはるかに低くなります。ピークスペクトル放射輝度と平均スペクトル放射輝度は、どちらもX線ビームの重要な特性です。一部の実験ではピーク値が最も重要ですが、他の実験では平均値が最も重要になります。

シンクロトロン光源として、エネルギー回収型リニアックの性能は、蓄積リングと自由電子レーザー（FEL）の中間に位置します。エネルギー回収型リニアックは繰り返し周波数が高く、そのため平均スペクトル放射輝度は高いですが、ピークスペクトル放射輝度はFELよりも低くなります。^{[ 4 ]}

蓄積リングに似た磁石格子を備えた再循環荷電粒子ビームを使用する場合、各粒子は再循環アークを通過した後、リニアック構造で減速されます。同じリニアック構造は、リニアックに連続的に注入される新しい低エネルギー粒子も加速します。このように、粒子ビームを連続的にリサイクルしてシンクロトロン放射による放射能増加を招くのではなく、運動エネルギーのみがリサイクルされるため、シンクロトロンに匹敵する高い繰り返し周波数を維持しながら、ビーム放射能を低く抑えることができます。

1. 荷電粒子（通常は電子）は線形加速器（リニアック）に注入され、そこで高周波（RF）電場によって加速される。
2. 加速された粒子のビームは線形加速器から出て、一連の磁石を通過し、それによってビームは線形加速器の始点へと戻される。
3. ビーム経路の長さは、戻ってくる粒子が、線形加速器によって加速される粒子と約180度位相がずれるように設定されている。
4. 位相差によって、戻ってくる粒子は減速され、新たに注入された粒子は加速される。減速された粒子の運動エネルギーはRF電界の強度を高め、そのエネルギーは加速される粒子によって利用される。

最近の研究では、現在（2013年）最大の加速器であるCERNの大型ハドロン衝突型加速器（LHC  ）を改良するために、LHCの大型蓄積リングにそれぞれ長さ1008mの電子エネルギー回収線形加速器2基を接線方向に配置することで、ハドロン同士の衝突だけでなく、例えばハドロンと電子の衝突も可能になり、LHCをある種の「LHeC」に改良できる可能性が示唆されている。

この提案はCERNの物理学者による特別委員会から発案されたもので、英国物理学会の提案により、 M. クライン（リバプール大学）は2013年に英国物理学会とドイツ物理学会の共同マックス・ボルン賞を受賞した。^{[ 8 ] [ 9 ]}

• ALICE（加速器）、エネルギー回収型リニアック試作機、イギリス、チェシャー州、デアズベリー研究所