Skip to main content
SpringerLink
Log in

X-ray generation from slanting laser–Compton scattering for future energy-tunable Shanghai Laser Electron Gamma Source

  • Published:
Applied Physics B Aims and scope Submit manuscript

Abstract

There is great interest in the generation of energy-tunable, bright, short-pulse X/γ-ray sources, which are required in various research fields. Laser–Compton scattering (LCS) is considered to be one of the most promising methods to implement this kind of X/γ-ray source. At the 100-MeV LINAC of the Shanghai Institute of Applied Physics, a 2-J, 8-ns, 1064-nm, Q-switched Nd:YAG laser is brought to a slanting collision at 40° (44°) with an 112-MeV, 0.9-ns (rms) relativistic electron beam. We measured the LCS X-ray energy spectrum with a peak energy of 31.73±0.22stat±1.64syst keV and a peak width (rms) of 0.74±0.26stat±0.03syst keV. This preliminary investigation was carried out to understand the feasibility of developing an energy-tunable X/γ-ray source. Based on this study, the future Shanghai Laser Electron Gamma Source (SLEGS) at the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) can be constructed to be not only an energy-tunable γ-ray source by guiding the laser incident angle from laser–Compton scattering, but also a high flux (∼1010 photons/s or even higher) γ-ray source by adding a laser super-cavity.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Similar content being viewed by others

References

  1. A. D’Angelo, O. Bartalini, V. Bellini, P. Levi Sandri, D. Moricciani, L. Nicoletti, A. Zucchiatti, Nucl. Instrum. Methods A 455, 1 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  2. K. Chouffani, D. Wells, F. Harmon, J. Jones, G. Lancaster, Nucl. Instrum. Methods A 495, 95 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  3. V.N. Litvinenko, B. Burnham, M. Emamian, N. Hower, J.M.J. Madey, P. Morcombe, P.G. O’Shea, S.H. Park, R. Sachtschale, K.D. Straub, G. Swift, P. Wang, Y. Wu, Phys. Rev. Lett. 78, 4569 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  4. D. Li, K. Imasaki, M. Aoki, S. Miyamoto, S. Amano, K. Aoki, K. Hosono, T. Mochizuki, Nucl. Instrum. Methods A 528, 516 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  5. H. Ohgaki, S. Sugiyama, T. Yamazaki, T. Mikado, M. Chiwaki, K. Yamada, R. Suzuki, T. Noguchi, T. Tomimasu, IEEE Trans. Nucl. Sci. 38, 386 (1991)

    Article  ADS  Google Scholar 

  6. T. Nakano, J.K. Ahn, M. Fujiwara, H. Kohri, N. Matsuoka, T. Mibe, N. Muramatsu, M. Nomachi, H. Shimizu, K. Yonehara, M. Yosoi, T. Yorita, W.C. Chang, C.W. Wang, S.C. Wang, Y. Asano, T. Hotta, Y. Sugaya, R. Zegers, S. Daté, N. Kumagai, Y. Ohashi, H. Ohkuma, H. Toyokawa, T. Iwata, M. Miyabe, Y. Miyachi, A. Wakai, K. Imai, T. Ishikawa, M. Miyabe, T. Sasaki, H. Kawai, T. Ooba, Y. Shiino, M. Wada, H. C Bhang, Z.Y. Kim, A. Sakaguchi, M. Sumihama, K. Hicks, H. Akimune, T. Matsumura, C. Rangacharvulu, S. Makino, Nucl. Phys. A 684, 71c (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  7. K. Kawase, Y. Arimoto, M. Fujiwara, S. Okajima, M. Shoji, S. Suzuki, K. Tamura, T. Yorita, H. Ohkuma, Nucl. Instrum. Methods A 592, 154 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  8. D.J. Gibson, S.G. Anderson, C.P.J. Barty, S.M. Betts, R. Booth, W.J. Brown, J.K. Crane, R.R. Cross, D.N. Fittinghoff, F.V. Haremann, J. Kuba, G.P. Le Sage, D.R. Slaughter, P.T. Springer, Phys. Plasmas 11, 2857 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  9. M. Babzien, I. Ben-Zvi, K. Kusche, I.V. Pavlishin, I.V. Pogorelsky, D.P. Siddons, V. Yakimenko, D. Cline, F. Zhou, T. Hirose, Y. Kamiya, T. Kumita, T. Omori, J. Urakawa, K. Yokoya, Phys. Rev. Lett. 96, 054802 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  10. T. Kawachi, M. Kado, M. Tanaka, A. Sasaki, N. Hasegawa, A.V. Kilpio, S. Namba, K. Nagashima, P. Lu, K. Takahashi, H. Tang, R. Tai, M. Kishimoto, M. Koike, H. Daido, Y. Kato, Phys. Rev. A 66, 033815 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. A. Endo, Proc. SPIE 5063, 269 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  12. http://www.tunl.duke.edu/higs/review/

  13. T. Kawachi, M. Kado, M. Tanaka, A. Sasaki, N. Hasegawa, A.V. Kilpio, S. Namba, K. Nagashima, P. Lu, K. Takahashi, H. Tang, R. Tai, M. Kishimoto, M. Koike, H. Daido, Y. Kato, Phys. Rev. Lett. 100, 162502 (2008)

    Article  Google Scholar 

  14. S. Goko, H. Utsunomiya, S. Goriely, A. Makinaga, T. Kaihori, S. Hohara, H. Akimune, T. Yamagata, Y.-W. Lui, H. Toyokawa, A.J. Koning, S. Hilaire, Phys. Rev. Lett. 96, 192501 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. H. Ohgaki, H. Toyokawa, K. Kubo, N. Takeda, T. Yamazaki, Nucl. Instrum. Methods A 455, 54 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  16. T. Shima, S. Naito, Y. Nagai, T. Baba, K. Tamura, T. Takahashi, T. Kii, H. Ohgaki, H. Toyokawa, Phys. Rev. C 72, 044004 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  17. H. Harada, F. Kitatani, S. Goko, K.Y. Hara, H. Toyokawa, T. Kaihori, H. Ustunomiya, J. Nucl. Sci. Technol. 45, 1228 (2008)

    Article  Google Scholar 

  18. T. Omori, T. Aoki, K. Dobashi, T. Hirose, Y. Kurihara, T. Okugi, I. Sakai, A. Tsunemi, J. Urakawa, M. Washio, K. Yokoya, Nucl. Instrum. Methods A 500, 232 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. I. Watanabe, S. Hiramatsu, K. Nakajima, T. Tauchi, K. Yokoya, I. Endo, K. Matsukado, T. Ohgaki, T. Takahashi, I. Ito, T. Kon, N. Matsuda, T. Takeshita, γ γ collider as an option of JLC. KEK Report 97-17, 1998

  20. Zeroth order design report for the next linear collider, SLAC-474, 1996

  21. Physics and technology of the next linear collider, SLAC Report 485, 1996

  22. R. Brinkmann, I. Ginzburg, N. Holtkamp, G. Jikia, O. Napoly, E. Saldin, E. Schneidmiller, V. Serbo, G. Silvestrov, V. Telnov, A. Undrus, M. Yurkov, Nucl. Instrum. Methods A 406, 13 (1998)

    Article  Google Scholar 

  23. V.I. Telnov, Nucl. Instrum. Methods A 294, 72 (1990)

    Article  ADS  Google Scholar 

  24. C.E. Clayton, N.A. Kurnit, D.D. Meyerhofer, Nucl. Instrum. Methods A 355, 121 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  25. F.E. Carroll, M.H. Mendenhall, R.H. Traeger, C. Brau, J.W. Waters, Am. J. Roentgenol. 181, 1197 (2003)

    Google Scholar 

  26. R. Kuroda, H. Toyokawa, N. Sei, M. Yasumoto, H. Ogawa, M. Koike, K. Yamada, T. Nakajyo, F. Sakai, T. Yanagida, Int. J. Mod. Phys. B 21, 488 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  27. H. Ikeura-Sekiguchi, R. Kuroda, M. Yasumoto, H. Toyokawa, M. Koike, K. Yamada, F. Sakai, K. Mori, K. Maruyama, H. Oka, T. Kimata, Appl. Phys. Lett. 92, 131107 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  28. K. Yamada, R. Kuroda, H. Toyokawa, H. Ikeura-Sekiguchi, M. Yasumota, N. Sei, H. Ogawa, M. Koike, R. Suzuki, F. Sakai, K. Mori, H. Mori, N. Fukuyama, E. Sato, in Proc. ICFA Workshop on “Compton Sources for X/gamma Rays: Physics and Applications”, Alghero, Italy, September 2008

  29. H. Toylkawa, Nucl. Instrum. Methods A 545, 469 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  30. S. Miyamoto, Y. Asano, S. Amano, D. Li, K. Imasaki, H. Kinugasa, Y. Shoji, T. Takagi, T. Mochizuki, Radiat. Meas. 41, S179 (2007)

    Article  Google Scholar 

  31. N. Kikuzawa, R. Hajima, N. Nishimori, E. Minehara, T. Hayakawa, T. Shizuma, H. Toyokawa, H. Ohgaki, Appl. Phys. Express 2, 036502 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  32. R. Hajima, T. Hayakawa, N. Kikuzawa, E. Minehara, J. Nucl. Sci. Tech. 45, 441 (2008)

    Article  Google Scholar 

  33. D. Li, K. Imasaki, M. Aoki, S. Miyamoto, S. Amano, K. Aoki, K. Hosono, T. Mochizuki, Nucl. Instrum. Methods A 528, 516 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  34. J. Pruet, D.P. McNabb, C.A. Hagmann, F.V. Hartemann, C.P.J. Barty, J. Appl. Phys. 99, 123102 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  35. R. Hajima, N. Kikuzawa, N. Nishimori, T. Hayakawa, T. Shizuma, K. Kawase, M. Kando, E. Minehara, H. Toyokawa, H. Ohgaki, Nucl. Instrum. Methods A 608, S57 (2009)

    Article  Google Scholar 

  36. D. Attwood, Soft X-rays and Extreme Ultraviolet Radiation: Principles and Applications (Cambridge University Press, Cambridge, 1999)

    Book  Google Scholar 

  37. R.W. Schoenlein, W.P. Leemans, A.H. Chin, P. Volfbeyn, T.E. Glover, P. Balling, M. Zolotorev, K.-J. Kim, S. Chattopadhyay, C.V. Shank, Science 274, 236 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  38. C.J. Joshi, P.B. Corkum, Phys. Today 48, 36 (1995)

    Article  ADS  Google Scholar 

  39. W.P. Leemans, R.W. Schoenlein, P. Volfbeyn, A.H. Chin, T.E. Glover, P. Balling, M. Zolotorev, K.-J. Kim, S. Chattopadhyay, C.V. Shank, IEEE J. Quantum Electron. 33, 1925 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  40. B. Girolami, B. Larsson, M. Preger, C. Schaerf, J. Stepanek, Phys. Med. Biol. 41, 1581 (1996)

    Article  Google Scholar 

  41. K.J. Weeks, Nucl. Instrum. Methods A 393, 544 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  42. K.J. Weeks, V.N. Litvinenko, J.M.J. Madey, Med. Phys. 24, 417 (1997)

    Article  Google Scholar 

  43. A. Harada, K. Kataoka, Science 283, 65 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  44. V. Telnov, Phys. Rev. Lett. 78, 4757 (1997)

    Article  ADS  Google Scholar 

  45. G. Priebe, D. Laundy, M.A. Macdonald, G.P. Diakun, S.P. Jamison, L.B. Jones, D.J. Holder, S.L. Smith, P.J. Phillips, B.D. Fell, B. Sheehy, N. Naumova, I.V. Sokolov, S. Ter-Avetisyan, K. Spohr, G.A. Krafft, J.B. Rosenzweig, U. Schramm, F. Grüner, G.J. Hirst, J. Collier, S. Chattopadhyay, E.A. Seddon, Laser Part. Beams 26(04), 649 (2008). doi:10.1017/S0263034608000700

    Article  Google Scholar 

  46. R. Hajima, N. Kikuzawa, N. Nishimori, T. Hayakawa, E. Minehara, T. Shizuma, K. Kawase, M. Kando, H. Toyokawa, H. Ohgaki, in Proc. ICFA Workshop on “Compton Sources for X/gamma Rays: Physics and Applications”, Alghero, Italy, September 2008

  47. http://www.tunl.duke.edu/higs

  48. V. Androsov, A. Agafonov, J.I.M. Botman, E. Bulyak, I. Drebot, P. Gladkikh, V. Grevtsev, V. Ivashchenko, I. Karnaukhov, V. Lapshin, A. Lebedev, V. Markov, N. Mocheshnikov, A. Mytsykov, F. Peev, A. Ryezayev, A. Shcherbakov, V. Skomorokhov, V. Skyrda, R. Tatchyn, Y. Telegin, V. Trotsenko, A. Zelinsky, Nucl. Instrum. Methods A 543, 58 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. R. Ruth, J. Rifkin, L. Roderick, in Proc. ICFA Workshop on “Compton Sources for X/gamma Rays: Physics and Applications”, Alghero, Italy, September 2008

  50. Q.Y. Pan, W. Xu, W. Luo, X.Z. Cai, J.G. Chen, G.T. Fan, G.W. Fan, W. Guo, Y.J. Li, G.Q. Lin, Y.G. Ma, W.Q. Shen, X.C. Shi, H.W. Wang, B.J. Xu, J.Q. Xu, Y. Xu, Z. Yan, L.F. Yang, M.H. Zhao, Synchrotron Radiat. News 22, 11 (2009)

    Article  Google Scholar 

  51. M. Yorozu, J. Yang, Y. Okada, T. Yanagida, F. Sakai, K. Takasago, S. Ito, A. Endo, Appl. Phys. B 74, 327 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  52. J. Urakawa, in Proc. ICFA Workshop on “Compton Sources for X/gamma Rays: Physics and Applications”, Alghero, Italy, September 2008

  53. W. Luo, W. Xu, Q.Y. Pan, X.Z. Cai, J.G. Chen, Y.Z. Chen, G.T. Fan, G.W. Fan, W. Guo, Y.J. Li, W.H. Liu, G.Q. Lin, Y.G. Ma, W.Q. Shen, X.C. Shi, B.J. Xu, J.Q. Xu, Y. Xu, H.O. Zhang, Z. Yan, L.F. Yang, M.H. Zhao, Rev. Sci. Instrum. 81, 013304 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  54. S.K. Ride, E. Esarey, M. Baine, Phys. Rev. E 52, 5245 (1995)

    Article  Google Scholar 

  55. O. Klein, Y. Nishina, Z. Phys. 52, 853 (1929)

    ADS  MATH  Google Scholar 

  56. J. Stepaneck, Nucl. Instrum. Methods A 412, 174 (1998)

    Article  Google Scholar 

  57. S. Kashiwagi, R. Kuroda, T. Oshima, F. Nagasawa, T. Kobuki, D. Ueyama, Y. Hama, M. Washio, K. Ushida, H. Hayano, J. Urakawa, J. Appl. Phys. 98, 123302 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  58. Z.T. Zhao, Report of OCPA Topical Accelerator School & Workshop in Beijing, China, August 2009 (unpublished)

  59. J.M. Potter, J.D. Bowman, C.F. Hwang, J.L. McKibben, R.E. Mischke, D.E. Nagle, P.G. Debrunner, H. Frauenfelder, L.B. Sorensen, Phys. Rev. Lett. 33, 1307 (1974)

    Article  ADS  Google Scholar 

  60. H. Toyokawa, S. Goko, S. Hohara, T. Kaihori, F. Kaneko, R. Kuroda, N. Oshima, M. Tanaka, M. Koike, A. Kinomura, H. Ogawa, N. Sei, R. Suzuki, T. Ohdaira, K. Yamaka, H. Ohgaki, Nucl. Instrum. Methods A 608, S41 (2009)

    Article  Google Scholar 

  61. N. Kikuzawa, R. Hajima, N. Nishimori, E. Minehara, T. Hayakawa, T. Shizuma, H. Toyokawa, H. Ohgaki, Appl. Phys. Express 2, 036502 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  62. J. Pruet, D.P. McNabb, C.A. Hagmann, F.V. Hartemann, C.P.J. Barth, J. Appl. Phys. 99, 123102 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, 201800, China

    W. Luo, W. Xu, Q. Y. Pan, X. Z. Cai, Y. Z. Chen, G. T. Fan, G. W. Fan, Y. J. Li, W. H. Liu, G. Q. Lin, Y. G. Ma, W. Q. Shen, B. J. Xu, J. Q. Xu, Y. Xu, H. O. Zhang, Z. Yan, L. F. Yang & M. H. Zhao

  2. Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, 201800, China

    X. C. Shi

  3. Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100039, China

    W. Luo, G. T. Fan, G. W. Fan, Y. J. Li, Y. Xu & L. F. Yang

Authors
  1. W. Luo
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. W. Xu
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Q. Y. Pan
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  4. X. Z. Cai
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  5. Y. Z. Chen
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  6. G. T. Fan
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  7. G. W. Fan
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  8. Y. J. Li
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  9. W. H. Liu
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  10. G. Q. Lin
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  11. Y. G. Ma
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  12. W. Q. Shen
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  13. X. C. Shi
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  14. B. J. Xu
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  15. J. Q. Xu
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  16. Y. Xu
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  17. H. O. Zhang
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  18. Z. Yan
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  19. L. F. Yang
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  20. M. H. Zhao
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to W. Xu.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Luo, W., Xu, W., Pan, Q.Y. et al. X-ray generation from slanting laser–Compton scattering for future energy-tunable Shanghai Laser Electron Gamma Source. Appl. Phys. B 101, 761–771 (2010). https://doi.org/10.1007/s00340-010-4100-0

Download citation

  • Received:

  • Revised:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00340-010-4100-0

Keywords

Search

Navigation