复合转换靶制造技术

本发明专利技术提供一种复合转换靶，所述复合转换靶包括：超临界密度等离子体靶层，用于反射混合束流中的激光脉冲，所述混合束流由激光脉冲和粒子束组成；高原子序数材料转换靶层，用于将穿过所述超临界密度等离子体靶层的所述粒子束转换为次级粒子或射线；所述超临界密度等离子体靶层和所述高原子序数材料转换靶层紧邻且沿所述混合束流的前进方向自上游至下游依次设置。本发明专利技术的技术方案可以减少转换靶的损耗和碎屑污染。损耗和碎屑污染。损耗和碎屑污染。

【技术实现步骤摘要】
复合转换靶


[0001]本专利技术涉及激光等离子体加速器领域，尤其涉及一种复合转换靶。

技术介绍

[0002]激光等离子体加速器是一种基于超短超强激光的新加速机制。在激光等离子体电子加速中，超短超强激光脉冲打入均匀等离子体后，会在其后形成空泡结构的等离子体尾波场，然后采用可控注入方式将低能电子注入到尾波场的加速相位，注入的电子就会得到持续、高效的加速，最终得到高品质的高能电子束。由于等离子体中没有击穿阈值的限制，激光等离子体电子加速器具有超高的加速梯度，比传统射频加速器高三个数量级，因此可以大大缩短电子的加速距离。在激光等离子体质子、离子加速中，超短超强激光脉冲轰击超薄靶，通过靶背鞘层加速、光压加速等机制可以将靶中的质子或离子加速至高能量，加速梯度较传统技术高出四个数量级，可大大缩小质子、离子加速器的规模。
[0003]近年来随着超快激光技术的不断进步，激光等离子体加速器技术得到了长足的发展，装置整体规模大幅减小，目前已经可在桌面规模下产生MeV至GeV量级的高品质电子束和稳定的高品质质子、离子束。
[0004]得益于激光等离子体加速器的一系列优势，由激光等离子体加速得到的电子、质子、离子等粒子束驱动的次级粒子源和轫致辐射伽马射线源也成为该领域研究的热点，有望在超高精度工业无损检测等领域发挥重要作用。
[0005]带电粒子束可以通过与高原子序数材料作用产生正电子、中子等次级粒子和轫致辐射伽马射线，该高原子序数材料便被称为转换靶。激光等离子体加速器产生的粒子束天然具有微米级的焦点尺寸与飞秒至皮秒级的脉冲长度，将转换靶直接放置在等离子体加速器出口，就可以获得微焦点、短脉冲的高品质次级粒子束或伽马射线束，避免了传统加速器中冗长的传输线，大大减小了系统规模。
[0006]但是，由于激光等离子体加速器中激光与粒子束同向，加速过程结束后残余激光的光强在等离子体出口处依然很强，激光直接打到转换靶上就会造成很大的损伤，严重限制转换靶的使用寿命。同时，激光直接轰击固态靶产生的碎屑将会污染真空环境，影响次级粒子源或射线源的稳定运行。
[0007]申请内容
[0008]本专利技术提供一种复合转换靶，用以解决现有技术中转换靶易损耗且碎屑污染的缺陷，以得到较为优质的转换靶。
[0009]本专利技术提供一种复合转换靶，包括：超临界密度等离子体靶层，用于反射混合束流中的激光脉冲，所述混合束流由激光脉冲和粒子束组成；高原子序数材料转换靶层，用于将穿过所述超临界密度等离子体靶层的所述粒子束转换为次级粒子或射线；所述超临界密度等离子体靶层和所述高原子序数材料转换靶层紧邻且沿所述混合束流的前进方向自上游至下游依次设置。
[0010]根据本专利技术提供的一种复合转换靶，所述高原子序数材料转换靶层的材料包括以
下至少一种金属或其合金：钨、金、铜和钽。
[0011]根据本专利技术提供的一种复合转换靶，所述超临界密度等离子体靶层为固态薄膜层，所述固态薄膜层能在激光脉冲的电离作用下形成等离子体。
[0012]根据本专利技术提供的一种复合转换靶，超临界密度等离子体靶层为气态层，所述气态层能在所述激光脉冲的电离作用下形成等离子体。
[0013]根据本专利技术提供的一种复合转换靶，超临界密度等离子体靶层为液态层，所述液态层能在所述激光脉冲的电离作用下形成等离子体。
[0014]根据本专利技术提供的一种复合转换靶，所述固态薄膜层固定在拉动机构上，能在所述拉动机构的拉动下相对于所述高原子序数材料转换靶层横向移动。
[0015]根据本专利技术提供的一种复合转换靶，所述拉动机构包括第一转动轴和第二转动轴，所述固态薄膜层的固态薄膜的两端分别缠绕在所述第一转动轴和所述第二转动轴上，并随着所述第一转动轴和所述第二转动轴的转动收起和拉出。
[0016]根据本专利技术提供的一种复合转换靶，所述复合转换靶包括气体喷射机构，用于喷射气态的超临界密度等离子体靶层材料，以在所述激光脉冲的电离作用下形成等离子体。
[0017]根据本专利技术提供的一种复合转换靶，所述复合转换靶包括液体流出机构和液体回收结构，所述液体流出机构用于流出液态的超临界密度等离子体靶层材料，以在所述激光脉冲的电离作用下形成等离子体，所述液体回收结构用于回收所述液态的超临界密度等离子体靶层材料。
[0018]根据本专利技术提供的一种复合转换靶，所述超临界密度等离子体靶层对应的超临界密度等离子体的临界密度n
C
的计算公式为：其中，ε0为真空介电常数，m
e
为电子质量，ω
L
为激光频率，e为电子电荷量。
[0019]本专利技术提供的复合转换靶包括超临界密度等离子体靶层和所述高原子序数材料转换靶层，在包括激光脉冲和粒子束的混合束流入射到超临界密度等离子体靶层时，激光电离超临界密度等离子体靶层生成的超临界密度等离子体对激光具有强反射作用，从而减少了激光对高原子序数材料转换靶层的损伤，同时减少了复合转换靶所在真空环境的碎屑污染。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本专利技术提供的复合转换靶原理的结构示意图；
[0022]图2是本专利技术提供的超临界密度等离子体靶层为固态薄膜层时的复合转换靶的结构示意图；
[0023]图3是本专利技术提供的混合束流穿过复合转换靶的作用过程示意图之一；
[0024]图4是本专利技术提供的超临界密度等离子体靶层为气态层时的复合转换靶的结构示意图；
[0025]图5是本专利技术提供的混合束流穿过复合转换靶的作用过程示意图之二；
[0026]图6是本专利技术提供的超临界密度等离子体靶层为液态层时的复合转换靶的结构示意图；
[0027]图7是本专利技术提供的混合束流穿过复合转换靶的作用过程示意图之三。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]在相关技术中，在进行基于激光等离子体加速器的次级粒子源和射线源的研究过程中，转换靶的使用寿命短和真空污染问题是较为关键的待解难题。
[0030]为解决该问题，本专利技术提供一种复合转换靶，以保护转换靶受到较少的损伤，并减少真空污染。
[0031]以下结合附图，详细说明本专利技术各实施例提供的技术方案。
[0032]图1是本专利技术提供的复合转换靶原理的结构示意图。如图1所示，本专利技术提供的复合转换靶包括：
[0033]超临界密度等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合转换靶，其特征在于，所述复合转换靶包括：超临界密度等离子体靶层，用于反射混合束流中的所述激光脉冲，所述混合束流由激光脉冲和粒子束组成；高原子序数材料转换靶层，用于将穿过所述超临界密度等离子体靶层的所述粒子束转换为次级粒子或射线；所述超临界密度等离子体靶层和所述高原子序数材料转换靶层紧邻且沿所述混合束流的前进方向自上游至下游依次设置。2.根据权利要求1所述的复合转换靶，其特征在于，所述高原子序数材料转换靶层的材料包括以下至少一种金属或其合金：钨、金、铜和钽。3.根据权利要求2所述的复合转换靶，其特征在于，所述超临界密度等离子体靶层为固态薄膜层，所述固态薄膜层能在所述激光脉冲的电离作用下形成等离子体。4.根据权利要求2所述的复合转换靶，其特征在于，所述超临界密度等离子体靶层为气态层，所述气态层能在所述激光脉冲的电离作用下形成等离子体。5.根据权利要求2所述的复合转换靶，其特征在于，所述超临界密度等离子体靶层为液态层，所述液态层能在所述激光脉冲的电离作用下形成等离子体。6.根据权利要求3所述的复合转换靶，其特征在于，所述固态薄膜层固定在拉动机构上，能在所述拉动机构的拉动...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁巍，马跃，华剑飞，郭博，刘得翔，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：