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深度解讀

從激光加速走向激光加速器——北大1%能散激光加速器輻照裝置建成出束

Johnny 來源:北大新聞網(wǎng)2017-11-06 我要評論(0 )   

加速器作為核科學(xué)中的核心儀器設(shè)備,對人類的生存發(fā)展和國家的地位與安全具有重要影響,成為衡量綜合國力的一項重要標(biāo)志。激光等

 加速器作為核科學(xué)中的核心儀器設(shè)備,對人類的生存發(fā)展和國家的地位與安全具有重要影響,成為衡量綜合國力的一項重要標(biāo)志。激光等離子體相互作用產(chǎn)生的加速電場可以比常規(guī)加速器至少高出千倍以上,加速器的尺寸可以降低成千上萬倍,顯著降低所需要的空間、運(yùn)行和維護(hù)成本。同時激光加速器產(chǎn)生的離子束具有能量高、脈沖短(皮秒量級)、尺寸?。ㄎ⒚祝?、方向性好等特點(diǎn),具有很高的時間和空間分辨率。

在國家重大儀器專項、重大科學(xué)問題導(dǎo)向項目(973A))、XXX專項和協(xié)同創(chuàng)新等項目的支持下,顏學(xué)慶教授、陳佳洱院士領(lǐng)導(dǎo)的北京大學(xué)激光加速器團(tuán)隊攻克了高對比度與高光強(qiáng)激光技術(shù)、自支撐納米薄膜靶制備技術(shù)、超高流強(qiáng)離子束傳輸技術(shù)和激光加速器輻照研究平臺等關(guān)鍵技術(shù),最終建成世界上首臺超小型激光加速器輻照裝置(如圖1所示),加速參數(shù)指標(biāo)為1~15 MeV質(zhì)子束,總流強(qiáng)106-8個粒子/發(fā)。2017年激光加速器裝置正式建成出束,并通過了同行專家的現(xiàn)場技術(shù)測試。實(shí)驗中利用能譜儀、RCF和CR39,確認(rèn)加速產(chǎn)生了能量1-15 MeV 質(zhì)子束(如圖2所示),在加速穩(wěn)定性測試實(shí)驗中,進(jìn)行了5發(fā)連打測試,顯示質(zhì)子截止能量的穩(wěn)定性好于3%(如圖3所示)。

激光加速直接產(chǎn)生的質(zhì)子束通常具有較大的能散,束流能量和流強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性可以通過基于電磁鐵束流傳輸系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn),從而提供日常運(yùn)行所需要的可靠性、穩(wěn)定性和重復(fù)性。北京大學(xué)首次采用了基于電四極透鏡和分析磁鐵等高流強(qiáng)離子束流傳輸和分析系統(tǒng),并開展了3-10 MeV能量可調(diào)的高流強(qiáng)、短脈沖質(zhì)子束傳輸測試,穩(wěn)定地獲得了1%能散/1-10pC電量的質(zhì)子束(均為國際最好指標(biāo))。

上述結(jié)果表明,該裝置可以像常規(guī)加速器一樣穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,首次實(shí)現(xiàn)了激光加速到加速加速器的跨越。未來激光加速器將可以廣泛用于先進(jìn)光源、溫稠密物質(zhì)產(chǎn)生、核醫(yī)學(xué)、空間輻射環(huán)境模擬、慣性約束聚變、國際熱核聚變堆等領(lǐng)域。 


 圖1 激光加速器裝置照片 


圖2 RCF膠片和CR39的探測結(jié)果 

圖3 五發(fā)激光加速質(zhì)子束能譜的疊加圖

 

 

 

圖4 束線測試與結(jié)果

 

 

 
圖5 專家現(xiàn)場測試驗收表

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