評(píng)審專家高度評(píng)價(jià)了這一研究結(jié)果：“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。”這使我們距離低成本的激光粒子加速器的科學(xué)夢(mèng)想更近了。
如果把激光比喻成一艘疾速向前的快艇，它在介質(zhì)中誘導(dǎo)的尾波場(chǎng)就像艇尾濺起的浪花，一路裹挾著帶電粒子行進(jìn)。日前，中科院上海光機(jī)所在超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)尾波場(chǎng)加速產(chǎn)生電子束研究中取得突破性進(jìn)展。中科院院士徐至展、研究員李儒新帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，實(shí)驗(yàn)獲得了高品質(zhì)的高能電子束，電子束六維相空間亮度遠(yuǎn)高于目前國(guó)際上報(bào)道的同類研究結(jié)果，在國(guó)際上首次接近了最先進(jìn)的電子加速器所能獲得的電子束亮度。
如果把激光比喻成一艘疾速向前的快艇，它在介質(zhì)中誘導(dǎo)的尾波場(chǎng)就像艇尾濺起的浪花，一路裹挾著帶電粒子行進(jìn)。日前，中科院上海光機(jī)所在超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)尾波場(chǎng)加速產(chǎn)生電子束研究中取得突破性進(jìn)展。中科院院士徐至展、研究員李儒新帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，實(shí)驗(yàn)獲得了高品質(zhì)的高能電子束，電子束六維相空間亮度遠(yuǎn)高于目前國(guó)際上報(bào)道的同類研究結(jié)果，在國(guó)際上首次接近了最先進(jìn)的電子加速器所能獲得的電子束亮度。
粒子加速器是用人工方法產(chǎn)生高速帶電粒子的裝置。當(dāng)我們說到粒子加速器時(shí)，往往聯(lián)想到一些大型對(duì)撞機(jī)。目前世界上最大的粒子加速器是發(fā)現(xiàn)上帝粒子的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，總長(zhǎng)26.649公里。這一類大型對(duì)撞機(jī)造價(jià)高達(dá)幾億甚至幾十億美元。因而，成本低廉、體積更小、突破傳統(tǒng)加速梯度的粒子加速器成為近年來高能物理界一個(gè)重要的研究方向。人們期待著新一代粒子加速器改變其龐然大物的形象，成為科學(xué)家普遍擁有的實(shí)驗(yàn)裝置，并在醫(yī)療、材料無損探測(cè)等方面發(fā)揮應(yīng)用潛力。
超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)尾波場(chǎng)電子加速正是一種全新的電子加速機(jī)制，其加速梯度相比于傳統(tǒng)射頻加速器提高了3個(gè)量級(jí)以上。比如，它能夠在不到一米的距離內(nèi)把電子加速到傳統(tǒng)加速器通過一公里的加速距離才能獲得的能量，能夠極大地降低加速器的規(guī)模和成本。這對(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都將帶來深遠(yuǎn)的影響。
然而，這一“新加速原理”在產(chǎn)生高品質(zhì)電子束方面遇到諸多難題和挑戰(zhàn)。比如激光加速獲得的高能電子束的能散度比較大。激光尾波場(chǎng)加速的工作介質(zhì)是被稱第四種物態(tài)的等離子體，上海光機(jī)所研究團(tuán)隊(duì)此次創(chuàng)新性地在兩段等離子體之間引入一段高密度等離子體，當(dāng)120太瓦的超強(qiáng)超短激光脈沖在這種特殊密度結(jié)構(gòu)的等離子體介質(zhì)中傳播時(shí)，激光在等離子體中誘導(dǎo)的尾波場(chǎng)參數(shù)也發(fā)生了相應(yīng)變化，從而可以控制電子束團(tuán)中電子能量隨時(shí)間的變化情況并能實(shí)現(xiàn)電子束能散度的補(bǔ)償，在短短5毫米距離內(nèi)電子束能量就可加速到600兆電子伏特，電子束各項(xiàng)性能也得到了全面提升——低能散度、低發(fā)散角及高流強(qiáng)。
激光電子加速實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
與此同時(shí)，利用該方案獲得的高亮度電子束與超強(qiáng)超短激光對(duì)撞產(chǎn)生了超高亮度伽馬射線源，與國(guó)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。目前，該研究團(tuán)隊(duì)利用該電子束正在開展小型化全光自由電子激光裝置的研制工作。
上海光機(jī)所激光尾波場(chǎng)加速產(chǎn)生高亮度高品質(zhì)電子束的研究成果發(fā)表于9月16日的國(guó)際物理學(xué)領(lǐng)域頂尖刊物《物理評(píng)論快報(bào)》上，并被優(yōu)選為亮點(diǎn)論文。評(píng)審專家高度評(píng)價(jià)了這一研究結(jié)果：“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。”“提出的新方法實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的電子束流品質(zhì)。”這使我們距離低成本的激光粒子加速器的科學(xué)夢(mèng)想更近了。
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