《臨界密度電漿雷射尾波場電子加速研究》是依託北京大學，由盧海洋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：臨界密度電漿雷射尾波場電子加速研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：盧海洋
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著雷射加速器概念的提出，經過三十年的努力，現已通過百太瓦乃至拍瓦量級雷射器實現GeV量級準單能電子束，最高電子能量已達數GeV。本項目將通過在臨界電漿密度下複合加速機制實現輸出電子單能性及提升空間電荷量。通過PIC模擬雷射與臨界電漿的條件，改變雷射與電漿參數進行相互作用過程最佳化，獲得納庫量級電量的準單能電子輸出，為相應實驗研究提供基礎。同時將利用已建成百太瓦高對比度飛秒雷射系統進行雷射尾波場電子加速研究，實驗上實現臨界電漿密度條件下準單能電子束的輸出，並期望同時獲得高空間電荷量。
結題摘要
近十五年來，雷射驅動尾波場電子加速獲得了一系列的突破性進展，迎來了小型化粒子加速器的曙光。儘管目前雷射尾波場電子加速獲得了很大的成功，但是國際上廣泛採用的單級雷射尾波場加速方案在產生GeV以上的單能電子束方面仍具有一定的難度，電子束的性能還有待進一步提高。本項目致力於雷射電子加速複合機制的理論與實驗研究，通過引入臨界電漿密度靶實現輸出電子單能性及提升空間電荷量的研究，基於相關研究結果展開套用領域的探索研究。本項目在理論上完成大電量（22nC）高能電子束（300MeV-1.3GeV）和0.5%低能散低發射度GeV量級電子束產生條件的探索研究。開展了基於大電量雷射加速電子的正電子產生最佳化研究；利用大電量電子束進行有毒核廢料的核嬗變套用研究；基於飛秒強雷射與固體靶相互作用的超高亮度阿秒高次諧波的產生研究；開展了利用毛細管靶產生超高亮度伽馬光源的研究，首次從理論上系統闡明了微通道結構靶中電子的動力學過程以及γ-ray源的產生，數值模擬中獲得了發散角小於3度的超高準直γ-ray輻射源，是目前10PW雷射所能獲得最亮γ-ray輻射源，比之前研究報導最亮的γ-ray源高兩個數量級以上；基於該工作，提出一個可以首次觀測雙光子Breit-Wheeler（BW）過程的方案，即雷射驅動光子對撞機。提出基於雷射電漿加速的正電子注入方案研究。完成雷射電漿電子加速實驗綜合實驗平台的搭建。獲得百兆伏小角度高能電子束，並套用於電子束直接成像，實現了分辨為150um的超快單發成像；進行了不同靶條件下的電子加速研究，在60TW雷射條件下實現能量最高為550MeV的電子束輸出；利用雷射驅動電漿尾波場電子加速過程中伴生的betatron輻射進行了X射線成像實驗研究，通過rossfilter對X光源進行了能譜和光子數的標定，實現了單脈衝內單發光子數為5.9e9；同時，實驗上採用高對比度60TW雷射與微米厚度的鋁膜相互作用獲得了能量高於10MeV的質子束，根據雷射質子加速的特點進行了質子束傳輸束線的設計，並進行相關輻照套用設計，為雷射加速質子束的套用奠定基礎條件。
