在國家重大儀器專項(xiàng)、重大科學(xué)問題導(dǎo)向項(xiàng)目（973A）)、XXX專項(xiàng)和協(xié)同創(chuàng)新等項(xiàng)目的支持下，顏學(xué)慶教授、陳佳洱院士領(lǐng)導(dǎo)的北京大學(xué)激光加速器團(tuán)隊(duì)攻克了高對比度與高光強(qiáng)激光技術(shù)、自支撐納米薄膜靶制備技術(shù)、超高流強(qiáng)離子束傳輸技術(shù)和激光加速器輻照研究平臺等關(guān)鍵技術(shù)，最終建成世界上首臺超小型激光加速器輻照裝置（如圖1所示），加速參數(shù)指標(biāo)為1～15 MeV質(zhì)子束，總流強(qiáng)106-8個(gè)粒子/發(fā)。2017年激光加速器裝置正式建成出束，并通過了同行專家的現(xiàn)場技術(shù)測試。實(shí)驗(yàn)中利用能譜儀、RCF和CR39，確認(rèn)加速產(chǎn)生了能量1-15 MeV 質(zhì)子束（如圖2所示），在加速穩(wěn)定性測試實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行了5發(fā)連打測試，顯示質(zhì)子截止能量的穩(wěn)定性好于3%（如圖3所示）。
激光加速直接產(chǎn)生的質(zhì)子束通常具有較大的能散，束流能量和流強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性可以通過基于電磁鐵束流傳輸系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)，從而提供日常運(yùn)行所需要的可靠性、穩(wěn)定性和重復(fù)性。北京大學(xué)首次采用了基于電四極透鏡和分析磁鐵等高流強(qiáng)離子束流傳輸和分析系統(tǒng)，并開展了3-10 MeV能量可調(diào)的高流強(qiáng)、短脈沖質(zhì)子束傳輸測試，穩(wěn)定地獲得了1%能散/1-10pC電量的質(zhì)子束（均為國際最好指標(biāo)）。
上述結(jié)果表明，該裝置可以像常規(guī)加速器一樣穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，首次實(shí)現(xiàn)了激光加速到加速加速器的跨越。未來激光加速器將可以廣泛用于先進(jìn)光源、溫稠密物質(zhì)產(chǎn)生、核醫(yī)學(xué)、空間輻射環(huán)境模擬、慣性約束聚變、國際熱核聚變堆等領(lǐng)域。
圖1 激光加速器裝置照片
圖2 RCF膠片和CR39的探測結(jié)果
圖3 五發(fā)激光加速質(zhì)子束能譜的疊加圖
圖4 束線測試與結(jié)果
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