科研动态
激光加速同时产生高品质电子束和X射线源

日期:2014-04-29 阅读:1133

信息来源:张杰和盛政明研究组

飞秒脉冲强激光与物质相互作用产生的超快硬X射线,在超快物质结构动力学探测、医学和生物学成像等方面具有广泛应用前景。目前这方面大量的工作是围绕提高X射线的光子产额、提高信噪比、可调性、以及产生新机制。近几年来基于等离子体中激光尾波场电子加速的感应辐射(Betatron radiation)X射线机制引起了广泛关注。上海交大物理与天文系激光等离子体实验室张杰、盛政明团队与中科院物理研究所陈黎明团队合作,针对该类辐射开展了大量实验和理论研究,使得该类辐射源品质达到了近实用化的水平。

近期,他们作为国内第一个获得美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室激光打靶发次的团队,利用美方的超短超强激光装置开展了激光加速电子和X射线产生研究。实验中发现了克服电子束和辐射源品质之间相互制约的方法,在获得高品质电子束的同时,大幅提升X射线辐射产额。其关键是实现了激光尾波场电子加速过程中的两次电子注入:第一团电子在早期自注入尾波场并加速形成GeV能量的高品质准单能电子束;第二团电子束在激光尾波场演化过程中被注入,形成“波荡注入”现象。该团电子束在获得纵向加速的同时,会获得由激光束斑振荡诱导产生的大幅度横向振荡。这种新注入机制使该电子束具有更大的电荷量和波荡振幅,因而有利于提高X射线光子的数量和能量。实验中不仅观察到感应辐射X射线产生光子产额比同类实验有极大提高(单发产额5x108),峰值亮度达1023phs/s/mm2/mrad2/(0.1% BW)量级,同时获得了高品质电子束,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”实验新手段。这项工作发表在美国科学院院报[PNAS 111(16), 5825-5830(2014)]。

本工作得到国家自然科学基金项目(11121504,11220101002,11374209)、科技部973A类项目(2013CBA01500)、国家863高技术研究计划等支持。

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