波荡器及包括其的激光等离子体X射线源制造技术

本发明专利技术提供了一种波荡器及包括其的激光等离子体X射线源，所述波荡器包括：电容线圈靶，其包括相对设置的第一电极板和第二电极板，所述第二电极板具有通孔；双绕螺线圈，其包括相互交错且缠绕方向相同的第一螺线圈和第二螺线圈，所述第一螺线圈的两端与所述第一电极板和第二电极板电连接，所述第二螺线圈的两端与所述第一电极板和第二电极板电连接，其中所述第一螺线圈和第二螺线圈中的电流方向相反。本发明专利技术的激光等离子体X射线源的结构紧凑，其产生的X射线的亮度高、波长短、波长和能量可调谐。

Undulator and its laser plasma X-ray source

【技术实现步骤摘要】
波荡器及包括其的激光等离子体X射线源
本专利技术涉及X射线领域，具体涉及一种波荡器及包括其的激光等离子体X射线源。
技术介绍
激光等离子体加速是指利用超强超短脉冲激光与等离子体相互作用产生高能带电粒子。激光等离子体加速具有超高加速电场梯度，其产生的电子束具有飞秒时间尺度、千安级(KA)强束流、小发射度等特点，在新型加速器、辐射源、国防和工业特别是超快X/γ射线等领域具有广泛的应用前景，受到国内外科学家的广泛关注。激光等离子体X射线源中的波荡器周期长度和峰值磁场强度与辐射光的波长和亮度相关。波荡器的周期越短，越有利于产生波长较短的辐射光；峰值磁场强度越强，越有利于产生高亮度的辐射光。然而，现有的基于永磁体的波荡器产生的磁场强度一般在1特斯拉(T)左右，磁场强度较小；另外其周期长度约为10厘米，长度尺寸约为1～2米，体积较大。并且现有的激光等离子体X射线源缺乏稳定性、可调谐性。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种波荡器，包括：电容线圈靶，其包括相对设置的第一电极板和第二电极板，所述第二电极板具有通孔；双绕螺线圈，其包括相互交错且缠绕方向相同的第一螺线圈和第二螺线圈，所述第一螺线圈的两端与所述第一电极板和第二电极板电连接，所述第二螺线圈的两端与所述第一电极板和第二电极板电连接，其中所述第一螺线圈和第二螺线圈中的电流方向相反。优选的，所述第一螺线圈和第二螺线圈具有相同的螺距和匝数，所述第一螺线圈和第二螺线圈的轴向重合，所述第一螺线圈的任意一匝线圈与所述第二螺线圈中相邻的一匝线圈在沿其轴向上的距离为所述螺距的一半。优选的，所述第一螺线圈和第二螺线圈在同一侧的两个端子分别连接至所述第一电极板和第二电极板。优选的，所述第一螺线圈和第二螺线圈的螺距相同，为1～2毫米。优选的，所述双绕螺线圈在沿其轴向上的长度为1～2厘米。优选的，所述第一电极板和第二电极板是由铜制成的圆形板。优选的，所述第二电极板的所述通孔的孔径为所述第二电极板的直径的一半。本专利技术还提供了一种激光等离子体X射线源，包括：如上所述的波荡器；激光等离子体装置，其发射的电子束沿着所述波荡器的双绕螺线圈的轴向入射；以及脉冲激光器，其发射出的脉冲激光聚焦在所述波荡器的电容线圈靶上。优选的，所述激光等离子体装置包括：喷嘴，其用于喷射出超声速的气体；以及飞秒激光器，其发射出的飞秒激光聚焦在所述气体上，以将所述气体电离成等离子体并加速。优选的，所述脉冲激光器发射出的纳秒激光穿过所述第二电极板的所述通孔入射至所述第一电极板，以在所述第一螺线圈和第二螺线圈中产生电流。本专利技术的波荡器能够产生的磁场具有短周期和磁场强度大等优点，基于本专利技术的波荡器的激光等离子体X射线源能够产生波长较短(硬X射线)、准单能、高亮度、能量可调谐的X射线，并且提高了X射线的光子能量和光子产额。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中：图1是根据本专利技术较佳实施例的激光等离子体X射线源的平面示意图。图2是图1所示的波荡器的立体示意图。图3示出了不同电流在双绕螺线圈中产生的磁场矢量在x、y和z方向上的强度的分布图。图4示出了一个电子在双绕螺线圈中的运动位移的示意图。图5是高能电子在不同的电流下辐射的X射线的能谱图。图6是不同能量的单个电子辐射的X射线的能谱图。图7是不同能量的电子束辐射的X射线的能谱图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。图1是根据本专利技术较佳实施例的激光等离子体X射线源的平面示意图。如图1所示，激光等离子体X射线源1包括激光等离子体装置11、波荡器12和长脉冲激光器13。激光等离子体装置11包括飞秒激光器111和喷嘴112，喷嘴112用于喷射出超声速的高密度气体113，飞秒激光器111发射出的飞秒激光聚焦在高密度气体113上，将高密度气体113电离成等离子体并加速，从而从高密度气体113中射出高能电子束114，进入到波荡器12。波荡器12包括双绕螺线圈121和电容线圈靶122。双绕螺线圈121包括相同的螺线圈1211和螺线圈1212，其中图1为了简化双绕螺线圈121，仅示出了螺线圈1211、1212中的三匝线圈。图2是图1所示的波荡器的立体示意图。如图2所示，螺线圈1211、1212的螺距(即每相邻两匝线圈沿其轴向上的距离)都为1毫米。螺线圈1211和螺线圈1212的轴向重合，且与高能电子束114的入射方向重合。螺线圈1211和螺线圈1212的缠绕方向相同，相互交错且错开半个螺距布置，即螺线圈1211的任意一匝线圈与螺线圈1212中相邻的一匝线圈在沿其轴向上的距离为0.5毫米。电容线圈靶122包括相对设置且平行的电极板1221和电极板1222，由此电极板1221和电极板1222形成一个电容器。电极板1221和电极板1222是由金属材料(例如铜)制成的圆形板，电极板1222的中心处具有供长脉冲激光器13发射的激光穿过的圆孔1223。螺线圈1211的两端分别连接至电极板1221和电极板1222，螺线圈1212的两端也分别连接至电极板1221和电极板1222，螺线圈1211、1212同一侧的两个端子分别连接电极板1221和电极板1222。当电极板1221和电极板1222之间具有电场时，螺线圈1211和螺线圈1212中的电流方向将相反。长脉冲激光器13发射出的纳秒激光聚焦在电容线圈靶122上。再次参考图1所示，长脉冲激光器13发射出的纳秒激光聚焦后穿过电极板1222上的通孔1223入射到电极板1221上。纳秒激光使得电极板1221中的电子电离并将其加速到较大的热速度(keV-MeV)，并逃逸至相对设置的电极板1222上，由此使得电极板1221带正电，电极板1222带负电，进而使得螺线圈1211和螺线圈1212中具有数十千安级的电流，从而产生磁场，对穿过螺线圈1211和螺线圈1212的高能电子束114产生作用力。本专利技术可以通过改变电极板1221和电极板1222之间的距离、圆孔1223的孔径大小，以及螺线圈1211、1212的线材等可以调节螺线圈1211和螺线圈1212中的电流大小。例如圆孔1223的孔径为电极板1222的直径的一半从而增大螺线圈1211、1212中的电流。为了方便描述双绕螺线圈121产生的磁场，在图1中定义双绕螺线圈121的轴向(即图1中的水平方向)为x方向，图1中垂直纸面的方向为y方向，图1中的竖直方向为z方向。图3示出了不同电流在双绕螺线圈中产生的磁场矢量在x、y和z方向上的强度的分布图。其中横坐标对应x方向，纵坐标为磁场强度(单位为T)，分别表示为在x、y和z方向上的磁场矢量Bx，By和Bz。如图3所示，由于螺线圈1211、1212在x方向上错开半个螺距布置，螺线圈1211、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波荡器，其特征在于，包括：/n电容线圈靶，其包括相对设置的第一电极板和第二电极板，所述第二电极板具有通孔；/n双绕螺线圈，其包括相互交错且缠绕方向相同的第一螺线圈和第二螺线圈，所述第一螺线圈的两端与所述第一电极板和第二电极板电连接，所述第二螺线圈的两端与所述第一电极板和第二电极板电连接，其中所述第一螺线圈和第二螺线圈中的电流方向相反。/n

【技术特征摘要】
1.一种波荡器，其特征在于，包括：
电容线圈靶，其包括相对设置的第一电极板和第二电极板，所述第二电极板具有通孔；
双绕螺线圈，其包括相互交错且缠绕方向相同的第一螺线圈和第二螺线圈，所述第一螺线圈的两端与所述第一电极板和第二电极板电连接，所述第二螺线圈的两端与所述第一电极板和第二电极板电连接，其中所述第一螺线圈和第二螺线圈中的电流方向相反。


2.根据权利要求1所述的波荡器，其特征在于，所述第一螺线圈和第二螺线圈具有相同的螺距和匝数，所述第一螺线圈和第二螺线圈的轴向重合，所述第一螺线圈的任意一匝线圈与所述第二螺线圈中相邻的一匝线圈在沿其轴向上的距离为所述螺距的一半。


3.根据权利要求1所述的波荡器，其特征在于，所述第一螺线圈和第二螺线圈在同一侧的两个端子分别连接至所述第一电极板和第二电极板。


4.根据权利要求2所述的波荡器，其特征在于，所述第一螺线圈和第二螺线圈的螺距相同，为1～2毫米。


5.根据权利要求1所述的波荡器，其特征在于，所述双绕螺线圈在沿其轴向上的长度为1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭军豪，李毅飞，朱常青，陈黎明，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11