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人员信息

    首席科学家 张杰
   
    课题负责人
  • 张杰
  • 李玉同
  • 颜学庆
  • 赵刚
  • 钱列加
  •  

单位信息

    项目牵头单位 上海交通大学
   
    合作单位
  • 北京大学
  • 清华大学
  • 中国科技大学
  • 国防科技大学
  • 复旦大学
  • 中国矿业大学
  • 鲁东大学
  • 中科院物理所
  • 上海光机所
  • 国家天文台
  • 中科院云南天文台
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课题一新进展:高品质回旋辐射和电子束的同时获得

发表于: 项目动态, 项目进展简报 | 作者: admin
   

物理所供稿

飞秒脉冲强激光与物质相互作用将产生超快硬X射线。 但现有的激光X射线源存在信噪比低、光子总额少、空间时间相干性差等应用瓶颈。 中科院物理所光物理实验室激光高能量密度物理研究组 陈黎明 研究员及所属团队, 在该领域取得了系列进展:首先利用高对比度激光与固体靶作用产生了低本底、高转换效率的Ka射线源[PRL. 100, 045004 (2008)]; 再采用飞秒脉冲与小尺寸气体团簇作用,将光子产额提高一个量级并系统性克服了激光Ka辐射源的不利因素[PRL. 104, 215004(2010)],实现了单发高分辨成像,迈出了源实际应用的关键一步。
激光驱动的超快硬X射线源近年还出现了电子回旋(betatron)辐射(发散度小、宽谱)。作为电子加速重要的“伴生”过程,该辐射的品质由被加速电子的行为来决定。但由于电子加速过程中存在相互制约的矛盾,辐射的产额受到极大限制。该研究团队与上海交大张杰院士、盛政明教授团队合作开展该辐射的研究。2013年在实验中成功利用仅3TW的激光与气体团簇相互作用,驱动了“激光直接加速”机制,实现了电荷量和波荡振幅的增加,成功获得40倍增强的电子回旋辐射[Sci. Reports 3,1912(2013)]。但该方法也对激光的对比度提出了很高的要求。

由于电子回旋辐射来源于电子加速过程中的波荡,要获得高产额的辐射往往需要牺牲电子束的品质,这是电子加速和辐射源的内秉矛盾。由于系列成果的创新性,该团队连续申请美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)激光打靶发次获得批准,利用美方的Callisto激光装置,实验结果克服了电子束和辐射源品质之间相互制约的瓶颈,在大幅提升辐射产额的基础上实现了二者“同时获得”的突破。 此项工作的创新性体现在实验中利用尾波场电子加速过程中的两次电子注入:第一群电子稳定注入尾波场并加速形成GeV能量的高品质单能电子束;第二群电子在空泡合并时注入能加速到更高的能量,同时它会经历由激光束斑震荡诱导的共振,即激光束斑的周期性震荡引起空泡的波荡、注入的电子束受静电回复力的驱使与空泡和激光束斑的震荡形成共振,该团队将它定义为“波荡注入”。这种新机制使电子获得了更高的能量、更大的电荷量和波荡振幅。实验中极大地提高了Betatron辐射的单发光子产额(5×108),峰值亮度达1023phs/s/mm2/mrad2/(0.1% BW)量级。同时高品质电子束和辐射源的同时获得,为物质科学等领域提供了飞秒时间分辨的全新“X射线泵浦-电子探针”这一重要的实验手段。
这项进展发表在美国科学院院报[PNAS 111(16), 5825-5830(2014)]上。本研究得到国家自然科学基金重点项目、科技部973A类项目、科技部国家重大仪器专项、863高技术研究计划的支持。

   
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