上海交通大学激光等离子体教育部重点实验室

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上海交通大学物理与天文学院朱兴龙荣获2020年度亚太等离子体物理学会“青年科学家奖”(U30)

2020-10-26

2020年10月26日，朱兴龙博士荣获2020年度亚太等离子体物理学会“青年科学家奖”(U30)，以表彰他在激光尾波场加速和高能伽马辐射源方面的重要贡献。

高能辐射源是科学研究、医学成像、工业探测等领域中必不可少的工具。德国物理学家伦琴因发现X射线而成为首位诺贝尔物理学奖得主。这一伟大的发现开创了X射线成像学，为医学诊断铺平了道路；也揭开了20世纪物理学革命的序幕，并为许多重大的科学发现提供了探测工具。近年来，随着大型同步辐射装置的不断更新换代，已经可以产生X射线波段的高亮度辐射光源。但是，由于大型装置的造价、尺寸规模和数量等原因，使得它们难以得到广泛的应用。此外，所产生的辐射源在存储、频谱可调性、源尺寸、能量范围和脉冲宽度等方面的局限性，导致难以获得具有飞秒宽度、微米尺寸的高亮度硬X射线脉冲。相比之下，基于等离子体的激光尾波场加速器可以产生比传统射频加速器高出三个数量级的超高加速场梯度，从而使得加速长度可以缩短到厘米甚至毫米尺度。这使得台面型高能粒子加速器和超亮伽马辐射源成为可能。利用等离子体方法产生的高能伽马辐射源将使致密物体的X射线成像成为可能，从而可以看清楚低能X射线源所看不到的物体。此外，它的微米源尺寸和飞秒脉冲宽度将允许获得更高分辨率的图像。因此，在基础科学、医学、材料和国防等领域中具有重要的应用价值。

朱兴龙

朱兴龙长期从事激光等离子体物理领域的理论与数值模拟研究，研究方向包括激光等离子体加速、等离子体光学、新型辐射源、QED等离子体物理等。目前，已取得了一系列具有创新性的研究成果，譬如：

1、为了攻克当前科学技术难以实现极高亮度伽马辐射源的难题，从高功率激光等离子体相互作用角度入手，另辟蹊径在国际上首次提出并模拟验证了一种利用两级不同密度的等离子体分别来实现高效加速和辐射的新物理方案，产生光子能量高达GeV量级、辐射亮度可接近X射线自由电子激光水平的超强伽马射线源，该工作发表在国际顶级期刊《科学》杂志子刊Science Advances上并被国内外多家媒体报道，例如物理学家组织网(phys.org)将该工作作为亮点工作报道。

2、受传统非线性光学材料的限制，在中红外波段产生大能量、高强度、少周期的超短光脉冲一直是制约超快科学发展的重大挑战之一。为了解决这一难题，基于等离子体光学方法，在国际上首次提出基于激光尾波调制器机制，利用双束驱动激光脉冲可实现高重频相对论近单周期中红外脉冲的新方案。该工作发表在光学顶级期刊《自然》杂志子刊Light: Science & Applications上，受到了国内外同行的高度关注。该方法有望开启相对论非线性中红外光学，并为阿秒物理、超快科学和先进加速器等领域研究带来新的机遇。

3、根据量子电动力学理论可知，利用施温格场可以撕裂真空产生正负电子对，但是所需要的光场强度比当前实验室中获得的最高激光场强度高了7个数量级以上。这极大地限制了在实验室中探索高能稠密正负电子对等离子体的相关研究。为了解决这一难题，研究并提出一种基于超强拍瓦激光与近临界密度等离子体相互作用的全新物理方案，理论预测了高达数GeV能量的稠密正负电子对束流和强伽马射线脉冲的产生，该工作发表在Nature Communications。该研究成果荣获了2015-2017年度中国辐射物理领域“十大科技创新进展”。

这一系列研究有望为解决难以实现超亮伽马辐射源、稠密正负电子对等离子体和超短超强中红外脉冲等科学难题提供新的途径，并为高功率强激光科学的发展与应用提供新的思路。