中科院上海光機(jī)所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的徐至展院士、李儒新研究員帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)，提出了級(jí)聯(lián)尾波場(chǎng)加速新方案，突破了激光尾波場(chǎng)加速中能散度難以壓縮等重大技術(shù)瓶頸，獲得了高亮度高品質(zhì)（200~600 MeV、能散0.4~1.2%、流強(qiáng)1~8 kA、發(fā)散角~0.2 rms mrad）的高能電子束，電子束六維相空間亮度達(dá)到10^15-16A/m2/0.1%，遠(yuǎn)高于目前國際上報(bào)道的同類研究結(jié)果，在國際上首次接近了最先進(jìn)的直線加速器上所能獲得的電子束亮度。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。
發(fā)展小型化、低成本激光粒子加速器是科學(xué)家們一直夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)的尾波場(chǎng)電子加速器具有比傳統(tǒng)的射頻加速器高出三個(gè)量級(jí)以上的超高加速梯度，為實(shí)現(xiàn)小型化的高能粒子加速器等提供了全新技術(shù)途徑，對(duì)未來的同步輻射裝置、自由電子激光以及高能物理研究等也將帶來深遠(yuǎn)的影響。
本研究創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了級(jí)聯(lián)尾波場(chǎng)加速新方案，通過在兩段級(jí)聯(lián)的等離子體之間引入一段高密度等離子體，控制電子束的穩(wěn)相加速及能量啁啾反轉(zhuǎn)和能散度壓縮，克服了單級(jí)尾波場(chǎng)加速方案中能散度無法獨(dú)立控制的技術(shù)瓶頸，實(shí)驗(yàn)獲得了高品質(zhì)的高能電子束。三維粒子模擬也揭示，該級(jí)聯(lián)加速新方案能夠有效地抑制電子的二次注入，實(shí)現(xiàn)電子束的穩(wěn)相加速。
評(píng)審專家認(rèn)為：“該亮度是迄今激光尾波場(chǎng)加速器實(shí)現(xiàn)的最高紀(jì)錄”“該方案在產(chǎn)生數(shù)百M(fèi)eV具有千分之一級(jí)相對(duì)能散并高電荷量的高品質(zhì)、高亮度電子束方面取得了重大進(jìn)展”“提出的新方法實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的電子束流品質(zhì)”。
據(jù)悉，利用該電子束與超強(qiáng)超短激光對(duì)撞產(chǎn)生了超高亮度準(zhǔn)單色MeV量級(jí)伽馬射線源，其最高峰值亮度達(dá)3×10^22 photons s-1 mm-2 mrad-2 0.1%BW，與國際上報(bào)道的同類伽馬射線源亮度相比高出一個(gè)量級(jí)以上，比傳統(tǒng)伽馬射線源同能區(qū)的峰值亮度提高了10萬倍。
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