LLP青年研俊 | 李博原:大树西迁,小树东迁

2021-03-29

谢邀!人在交大,刚出靶场。

作为上海交通大学激光等离子体实验室(LLP)的一名博士后,我将从我的个人经历出发,谈一在实验室工作过程中的感悟。

 

我大学就读于西安交通大学核工程与核技术专业,本科毕业后在中国工程物理研究院激光聚变研究中心硕博连读,博士毕业后来到上海交通大学做博士后。从大学到现在,我始终受到母校胸怀大局,无私奉献,弘扬传统,艰苦创业西迁精神的熏陶。犹记得大三那年去绵阳游玩,看到科学城铸国防基石,做民族脊梁的标语,深受感召,此后努力保研到激光聚变研究中心。奈何命运总是弄人,毕业之际因政策变动,未能留在绵阳继续工作。那段时间迷茫不知所措,在找工作还是继续科研之间徘徊,直到我遇见激光等离子体实验室的陈民老师。

  

初接触之时,陈民老师给我的感觉是内敛而风趣。他跟我详细介绍了实验室的基础条件、研究方向以及未来的发展,很开放的告诉我可以在其中选择一个方向作为博士后研究;同时,他还跟我分析了选择不同的方向将来每一个阶段的发展,比如项目申请、人才计划以及国内外科研环境等。这些使我感受到了实验室务实、共赢的精神。我当时就想,交大这颗大树可以西迁,我这颗成长于交大的小树何不东迁一次?


原点出发,收获源点

刚加入LLP时,我选择了激光与固体靶相互作用产生高次谐波辐射作为研究课题。我们在实验室的200TW激光装置上打出了波长达17nm的高次谐波,成为国内第一个在实验中获得激光固体靶高次谐波的实验室。

2018年,陈民老师和其指导的学生罗辑提出了一种基于弯曲毛细管的激光尾波级联加速方案【J. Luo et al., Phys. Rev. Lett. 120, 154801】。该方案具有级联耦合效率高、无损耗、无等离子体透镜等优点,一经提出即获得了广泛的国际关注,并随后得到国家自然科学基金重大项目支持。2019年初,受Ralph Assmann教授邀请,陈民老师带我一同参加了在德国召开的EUPRAXIA会议,会议上提出欧盟计划开展一项旨在将激光尾波加速从加速机制推向加速器应用的长期研究。回来的飞机上,陈民老师跟我讲他考虑基于弯曲毛细管尾波级联加速,做一套中国人自己的激光尾波加速器,并希望我从高次谐波研究方向转到激光尾波加速实验研究。考虑到研究方向的转换以及我未来的个人发展,陈民老师建议我出站后再到李政道研究所做一站博士后,并且帮我制定了一个从申请青年基金到拿到上海市超博的具体计划(幸运的是,如陈老师所料,后来基金和超博申请都还比较顺利)。从此,我开始进入激光尾波加速实验研究领域。

 

基于弯曲毛细管的激光尾波级联加速

对于我们来说,不仅基于弯曲毛细管的激光尾波级联加速是一项全新的研究方案,利用毛细管开展激光尾波加速也并无实验积累,可以说完全从一个原点出发开始这项工作。当时国际上Berkeley实验室已经利用充气放电毛细管加速出高达7.8GeV的尾波电子束,国内有相关研究经验的主要是上光所刘建胜老师。经过咨询后,我们制定了一个三步走战略:首先,用直毛细管获得超过1GeV的第一级尾波电子;之后,验证第二级弯曲毛细管对激光的导引及电子加速能力;最后,待新实验室200TW+300TW双束激光系统安装完成后,开展直+弯曲毛细管的级联尾波加速研究。

  

研究面临的第一个问题是充气毛细管高压放电。按照设计好的电路,一开始我们在实验室旁边的仓库内搭建了一套如今看起来非常简陋的放电系统。尽管小心翼翼,但是放电的时候依然存在漏电等问题,噼里啪啦打在靶室壁上如流星划过。后来,经过多次讨论、改进、测试,并且对接地进行重新设计,才形成了如今非常安全稳定的高压放电系统。2020年我们开展了一轮直毛细管激光尾波加速实验,期间我们终于可以趴在靶室上用相机拍下毛细管充气放电的一瞬间。

 

利用充气毛细管高压放电的主要目的是产生长距离的等离子体通道,使相对论激光可以在其中持续进行尾波加速,从而获得高能电子。为了测量毛细管内的等离子体密度分布,我们又发展了多种光学和光谱学的诊断方法。然而,一开始的测量结果令我们很是失望,毛细管内的等离子体密度分布不仅不符合预期,反而与预期相反。但是我们坚信,既然Berkeley实验室能够做出来,说明实验原理是对的。参考大量文献进行分析之后,我们又对毛细管的充气方式、放电延时以及测量的同步精度等进行了N次改进。终于在某一天,我们看到了盼望已久的抛物线型等离子体通道。久不发朋友圈的我,也是难掩喜悦之情,在朋友圈show了一波图。之后,利用充气放电毛细管进行的激光尾波加速实验也顺利开展。我们不仅测量到了在等离子体通道中良好导引的相对论激光束,还获得了超过1GeV的电子束,完成了三步走战略中第一级电子源的加速目标。

目前,我们已经在开展第二步验证弯曲毛细管对激光的导引及电子加速能力的研究。以上讲了这么多,既是希望与大家分享一下我在科研过程中的酸甜苦辣,也希望我的科研历程能给大家带来一些启发。科研尤其是实验研究是一项需要长期下苦功夫的工作,在这个过程中,你需要具备严谨、乐观、坚韧、自信以及“待到山花烂漫时,她在丛中笑”的心里素质,最终你将收获整个春天。


结语

前天散步到新实验楼,上去转了转,看到新的桌椅很快就要做好了。这个4月,我们即将搬到新的实验楼,新楼旁边紧挨着李政道图书馆,路过时拍了拍那枚诺贝尔奖章,分享与大家。这里的舞台很大,欢迎大家在这里绽放自己的青春。恰同学少年,风华正茂;书生意气,挥斥方遒。