發(fā)展小型化、低成本激光粒子加速器是科學家們一直夢寐以求的目標。超強超短激光驅(qū)動的尾波場電子加速器具有比傳統(tǒng)的射頻加速器高出三個量級以上的超高加速梯度,為實現(xiàn)小型化的高能粒子加速器等提供了全新技術途徑,對未來的同步輻射裝置、自由電子激光以及高能物理研究等也將帶來深遠的影響。
本研究創(chuàng)新性地設計了級聯(lián)尾波場加速新方案,通過在兩段級聯(lián)的等離子體之間引入一段高密度等離子體,控制電子束的穩(wěn)相加速及能量啁啾反轉(zhuǎn)和能散度壓縮,克服了單級尾波場加速方案中能散度無法獨立控制的技術瓶頸,實驗獲得了高品質(zhì)的高能電子束。三維粒子模擬也揭示,該級聯(lián)加速新方案能夠有效地抑制電子的二次注入,實現(xiàn)電子束的穩(wěn)相加速。
評審專家認為:“該亮度是迄今激光尾波場加速器實現(xiàn)的最高紀錄”“該方案在產(chǎn)生數(shù)百MeV具有千分之一級相對能散并高電荷量的高品質(zhì)、高亮度電子束方面取得了重大進展”“提出的新方法實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的電子束流品質(zhì)”。
據(jù)悉,利用該電子束與超強超短激光對撞產(chǎn)生了超高亮度準單色MeV量級伽馬射線源,其最高峰值亮度達3×10^22 photons s-1 mm-2 mrad-2 0.1%BW,與國際上報道的同類伽馬射線源亮度相比高出一個量級以上,比傳統(tǒng)伽馬射線源同能區(qū)的峰值亮度提高了10萬倍。
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