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  • 中科院激光电子加速获创纪录高亮度高品质电子束

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2020-03-02

    作者:黄鑫来源:科学网发布日期:2016/9/18 15:16:17

    选择名称:中小

    中国科学院激光电子加速记录高亮度和高质量电子束

    科学网上海新闻9月18日(记者黄鑫)中国科学院上海光学研究所激光物理国家重点实验室徐志汉院士和李如新研究员带领研究团队,在加速高亮度和高质量电子产生的研究方面取得突破性进展该研究团队提出了一种新的级联尾流场加速方案,突破了激光尾流场加速中能量发散难以压缩等主要技术瓶颈。实验获得了高亮度、高质量的高能电子束(200-600 MeV,能量耗散0.4-1.2%,电流强度1-8 kA,发散角~ ~0.2 rms mrad)。电子束的六维相空间亮度达到1015-16A/m2/0.1%,远远高于目前世界上报道的类似研究结果。世界上第一次,在最先进的直线加速器上获得的电子束亮度接近。

    相关研究结果于9月16日《物理评论快报》在线发布。上述论文由国际顶级物理杂志《编辑建议》作为重点文章发表。

    开发小型化、低成本的激光粒子加速器一直是科学家们的梦想。超强超短激光驱动的尾波场电子加速器具有比传统射频加速器高三个数量级以上的超高加速度梯度,为实现小型化高能粒子加速器提供了全新的技术途径,也将对未来的同步辐射器件、自由电子激光器和高能物理研究产生深远的影响。近十年来,激光尾迹场电子加速的研究取得了许多重要进展,但在产生高质量电子束方面仍存在许多困难和挑战,如能量发散压缩和稳定性提高,限制了其应用研究。

    近年来,上海光学机械服务研究所的研究团队在激光尾迹领域对电子加速方向进行了独特的研究。级联双尾场准单能高能电子加速方案在世界上首次成功实施,并取得了GeV准单能电子束等重要研究成果。本研究创新性地设计了一种新的叶栅尾流场加速方案。通过在两个级联等离子体之间引入高密度等离子体,控制了电子束的稳定相位加速、能量啁啾反转和能量发散压缩,克服了单级尾迹场加速方案中能量发散不能独立控制的技术瓶颈。实验获得了高质量(200-600 MeV,能量发散0.4-1.2%,流动强度1-8 kA,发散角~ ~0.2 rms mrad)的高能电子束。电子束各项重要性能指标的全面提高,使电子束的最大六维相空间亮度达到6.5×1015A/m2/0.1%,远远高于目前世界上报道的同类研究结果。这也是激光电子加速第一次接近世界上最先进的直线加速器获得的电子束亮度。三维粒子模拟还表明,新的级联加速方案可以有效抑制电子的二次注入,实现电子束的稳定相位加速,通过控制电子束的能量啁啾和压缩能量发散,获得低能量发散、低发散角和高电流强度的高亮度和高质量电子束。

    评估专家高度评价了研究结果:“亮度是激光尾迹场加速器有史以来最高的”;与先前的方案相比,该方案适当地控制了通过高密度区域的自注入电子束的注入相位.并且可以在加速过程中补偿电子束的能量啁啾.这是一种新方案,在产生几百兆电子伏、相对能量耗散为1/1000、电荷量高的高质量、高亮度电子束方面取得了很大进展……”利用优化结构的密度分布产生200-600兆电子伏的低能量发散和低发散角电子束.提出了一种实现记录电子束流质量的新方法”。

    据报道,通过该方案获得的高亮度和高能电子束也在伽马射线源产生在逆康普顿散射中的应用方面取得了突破。超高亮度准单色MeV射线源是电子束与超短超短超短激光碰撞产生的,最大峰值亮度达到3× 1022光子s-1 mm-2 mrad-20.1% bw,比国际上报道的同类γ射线源的亮度高出一个数量级以上,比传统γ射线源相同能量区域的峰值亮度高出10万倍。目前,该研究团队正在开发一种小型化全光自由电子激光装置。利用级联尾流场加速新方案成功产生的高亮度高能电子束将极大地推动小型化自由电子激光器等重要领域的研究进展。

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