一种基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统，包括激光源、真空靶室、激光聚焦装置以及由固体靶与气体靶组成的离子激发装置。激光源产生飞秒高斯激光，飞秒高斯激光依次通过真空靶室内的激光聚焦装置聚焦，聚焦后的飞秒高斯激光沿着固体靶的轴线射入固体靶及气体靶。飞秒高斯激光与固体靶及气体靶相互作用得到能量为单能分布的离子束。本实用新型专利技术应用于粒子加速技术领域，通过高密度固体靶及低密度气体靶的结合，能够在现有激光条件下进行实验研究，产生能量转化效率高且单能的离子束。率高且单能的离子束。率高且单能的离子束。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统


[0001]本技术涉及粒子加速
，具体是一种基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统。

技术介绍

[0002]激光与物质相互作用是物理学中一直倍受关注的核心问题之一。随着超强激光技术的发展，当前实验室中已经能够获得10
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‑
10
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W/cm2的高激光强度，物质可被直接电离为等离子体。基于超强激光等离子体相互作用的新型离子加速器，不仅加速梯度高于传统离子加速器三个量级以上，而且产生的离子源具有超短、超亮和准直等特性，因此近年来已经吸引了国内外研究人员的广泛关注。不同于电子和X射线，这些离子束流不仅在稠密物质中能够稳定地传输，而且由于其射程末端存在布拉格峰，可实现较为局域化的能量沉积，这使得它们在聚变点火和生物医学等方面成为一种更具前景的替代物。
[0003]近年来，人们提出多种离子加速机制，其中基于激光与百纳米固体薄靶相互作用的激光相对论透明加速已被大量理论和实验证实为较为有效的一种加速方式。然而，这种机制容易受到薄固体靶横向不稳定性的影响而难以维持较长时间的稳定加速，继而难以获取单能的离子束能谱，激光转换到离子的能量转换效率低于10％。如此低品质的离子束严重地限制了具体应用。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的不足，本技术提供一种基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统，产生能量转化效率高且单能的离子束，获得离子束单能性更好，能量转化效率更高。
[0005]为实现上述目的，本技术提供一种基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统，包括：
[0006]真空靶室，用于提供真空环境；
[0007]激光源，设在所述真空靶室外，用于产生线极化的飞秒高斯激光并射入所述真空靶室；
[0008]激光聚焦装置，设在所述真空靶室内且位于所述飞秒高斯激光的光路上，以对所述飞秒高斯激光聚焦；
[0009]离子激发装置，设在所述真空靶室内，包括依次设在所述激光聚焦装置后方的固体靶与气体靶，且所述固体靶、所述气体靶均位于所述飞秒高斯激光的光路上，以产生离子束。
[0010]在另一个实施例，所述真空靶室上对应所述气体靶后方的位置设有用于离子束射出的窗口。
[0011]在另一个实施例，单能离子束产生系统还包括能够产生偏转磁场的磁场激发装置；
[0012]所述磁场激发装置设在所述窗口的后方，且所述偏转磁场覆盖所述离子束的出射路径，以将所述离子束中的电子偏转，实现电子和离子的分离。
[0013]在另一个实施例，所述飞秒高斯激光的激光强度为10
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～10
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W/cm2。
[0014]在另一个实施例，所述固体靶采用C靶或者DLC靶。
[0015]在另一个实施例，所述固体靶的长度为100～500nm。
[0016]在另一个实施例，所述固体靶中电子密度为660n
c
，其中，n
c
为等离子体临界密度。
[0017]在另一个实施例，所述气体靶采用Ne气体或者He气体。
[0018]在另一个实施例，所述气体靶的长度为10～30μm。
[0019]在另一个实施例，所述气体靶的气体密度为10n
c
，其中，n
c
为等离子体临界密度。
[0020]与现有技术相比，本技术提供的一种基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统，具有如下有益技术效果：
[0021]1、通过将聚焦后的高斯激光沿固体靶的轴线作用到固体靶上，并将固体靶电离成为等离子体状态；在激光有制动力作用下，超热电子在靶中不断产生并向前传播，离子在电荷分离场的作用下得到加速；随着等离子体电子密度逐渐降低，相对论透明发生，激光穿过第一层的固体靶入射到第二层的气体靶中，并将气体靶电离成等离子体状态；在激光有制动力及辐射阻尼力作用下，大量电子在前向聚集，并形成了更强的加速电场，离子获得了高效的加速；该系统通过固体靶和气体靶的结合，能够在现有激光条件下进行实验研究，产生能量转化效率高且单能的离子束；
[0022]2、与现有的激光
‑
固体靶方案相比，获得离子束单能性更好，能量转化效率更高；同时，可通过调节固体靶和气体靶的长度以及激光强度，进而可以对产生的离子束能谱进行调节，为产生单能离子束提供了一种新的方案。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本技术实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
[0024]图1为本技术实施例中单能离子束产生系统的结构示意图；
[0025]图2为本技术实施例中示例得到的最终得到的电子能谱图。
[0026]附图标号：激光源1、真空靶室2、窗口201、激光聚焦装置3、离子激发装置4、固体靶401、气体靶402、磁场激发装置5、光学传输装置6、气体喷嘴7。
[0027]本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0028]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0029]需要说明，本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)
仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0030]另外，在本技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0031]在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0032]另外，本技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统，其特征在于，包括：真空靶室，用于提供真空环境；激光源，设在所述真空靶室外，用于产生线极化的飞秒高斯激光并射入所述真空靶室；激光聚焦装置，设在所述真空靶室内且位于所述飞秒高斯激光的光路上，以对所述飞秒高斯激光聚焦；离子激发装置，设在所述真空靶室内，包括依次设在所述激光聚焦装置后方的固体靶与气体靶，且所述固体靶、所述气体靶均位于所述飞秒高斯激光的光路上，以产生离子束。2.根据权利要求1所述基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统，其特征在于，所述真空靶室上对应所述气体靶后方的位置设有用于离子束射出的窗口。3.根据权利要求2所述基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统，其特征在于，还包括能够产生偏转磁场的磁场激发装置；所述磁场激发装置设在所述窗口的后方，且所述偏转磁场覆盖所述离子束的出射路径，以将所述离子束中的电子偏转，实现电子和离子的分离。4.根据权利要求1或2或3所述基于激光相对论透明加速的单能离子束产生系统，其特征在于，所述飞秒高斯激光的激光强度为10
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～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟权，余同普，魏玉清，邹德滨，欧阳建明，张国博，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：新型
国别省市：