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利用激光尾波加速产生多色高品质电子束

日期:2015-02-26 阅读:963

信息来源:陈民和盛政明研究组

激光尾波加速作为新型加速器方案自1979年提出以来,该领域的研究经历了早期的大振幅尾波激发、稳定电子加速到如今受控高品质加速的多个发展阶段。2004年以来,国际上随着单能电子加速的成功实现,尾波加速研究一方面朝着高能加速(数十GeV到TeV电子加速)推进,另一方面朝着高品质加速(低能散,低发射度)及应用的方向发展。上海交通大学激光等离子体教育部重点实验室根据自身的条件,目前重点在提高电子加速品质方面开展理论和实验研究。近期在尾波加速的注入理论、高品质尾波加速实验方面都取得了长足的发展。譬如,提出了利用尾场加速实现阿秒电子层的方案【Phys. Rev. Lett. 110, 135002 (2013)】;提出利用双色光离化注入方案获得超低横向发射度的尾波注入加速【Phys. Rev. Lett. 112, 125001(2014)】,发现了光离化注入的自截止现象,产生高品质电子束【Phys. Plasmas 21, 030701 (2014)】等,其中后者已经获得初步实验证实。

最近该实验室博士生曾明,陈民特别研究员和盛政明教授等与美、英科学家合作提出了利用双色激光控制有效离化注入长度的方案,从而获得超低能散电子加速,并同时产生具有梳状能谱的多色电子束。在该项研究中,他们利用等离子体色散特性,使得双光束电场随着传播距离呈现峰峰重合、峰谷重合的交替变化。通过适当调节双色光及等离子体参数,可以使得离化注入气体的内壳层电子仅在双色光电场峰峰重合时发生电离、并产生有效离化注入;这样每次有效离化注入长度仅由双色光色散特性决定,可以控制在数十微米左右。经过数次的短距离离化注入,最终在尾波加速的电子能谱上呈现出类似于光学频率梳的电子能谱峰结构。峰峰间的能量间隔相等,且每个峰的能散可以小于0.5%。计算表明,该方案可以在GeV左右的电子加速中,实现单个峰能散低于1%。电子能谱的多峰特性,使得利用该方案实现多色X 射线辐射源成为可能,这为进一步拓宽尾波加速电子束的应用奠定了基础。该成果近期发表在【Phys.Rev.Lett.114,084801 (2015)】。

本工作得到了国家重点基础研究发展计划(Grant No. 2013CBA01500)和国家自然科学基金创新群体项目(11421064)及面上项目(11374210,11374210)等资助。

 

 

 

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