基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统技术方案

本申请属于粒子加速技术领域，涉及基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统，包括：激光源

【技术实现步骤摘要】
基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统


[0001]本申请涉及粒子加速
，特别是涉及基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统
。

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
21
‑
10
23
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粒子加速器，其加速梯度高于传统粒子加速器三个量级以上，而且产生的电子脉冲具有超短
、
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
。
通过激光等离子体相互作用获得的高能高产额电子束在次级粒子产生
、
自由电子激光
、
离子加速等领域具有重要价值
。
其中，通过产生电子束实现离子加速所得的离子束品质与电子束紧密相关，提高超热电子的能量与产额可显著提高离子束能量
、
优化离子束准直性等重要品质
。
高能高产额的电子束在众多领域具有广泛应用前景
。
[0003]近年来，人们提出多种电子加速机制，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，激光与平板靶相互作用过程中，激光到电子的能量转换效率偏低，获得的电子束的能量与产额较低
。
较低能量与产额的电子束限制了其在众多领域的应用价值
。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统，能够产生高能高产额电子束
。
[0005]基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统，包括：
[0006]激光源
、
真空靶室
、
传输聚焦装置
、
固体靶以及光束分离模块；
[0007]所述激光源设在所述真空靶室的外部并作为输入端，所述光束分离模块设在所述真空靶室的外部并作为输出端，所述传输聚焦装置以及所述固体靶均设在所述真空靶室的内部；
[0008]所述固体靶的表面设有多个阵列分布的回转体结构，所述回转体结构的母线为正弦曲线，所述回转体结构的中心线朝向所述激光源的方向；
[0009]所述激光源产生激光，并经过所述传输聚焦装置后射入所述固体靶，以经所述固体靶调制后射出电子束，所述电子束在所述光束分离模块的作用下产生高能高产额电子束
。
[0010]在一个实施例中，所述传输聚焦装置包括：光学传输模块以及激光聚焦模块；
[0011]所述光学传输模块设在所述激光的光路上，并改变所述激光的方向后射入所述激光聚焦模块；
[0012]所述激光聚焦模块接收所述光学传输模块的射出激光，并聚焦后射入所述固体
靶
。
[0013]在一个实施例中，所述真空靶室上具有输入窗口以及输出窗口，所述激光由所述输入窗口射入所述真空靶室，并由所述输出窗口射出所述真空靶室；
[0014]所述光束分离模块为两块偏转磁铁，分别设在所述输出窗口的两侧，并均与所述电子束的射出方向平行
。
[0015]在一个实施例中，所述回转体结构的中心线与所述固体靶所在表面垂直，且所述回转体结构的中心线与所述激光聚焦模块的射出激光平行
。
[0016]在一个实施例中，所述正弦曲线的波长为
500nm
，振幅为
150nm。
[0017]在一个实施例中，所述固体靶的密度为
80n
c
，其中，
n
c
为等离子体临界密度
。
[0018]在一个实施例中，所述固体靶为矩形，所述回转体结构布满所述固体靶的表面
。
[0019]在一个实施例中，所述固体靶采用纯氢靶
。
[0020]在一个实施例中，所述激光源产生圆极化的飞秒高斯激光
。
[0021]在一个实施例中，所述飞秒高斯激光的强度为
10
21
～
10
22
W/cm2。
[0022]上述基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统，设计了表面调制高密度固体靶，具体是在固体靶的表面设置调制结构，对固体靶进行调制，通过圆极化高斯激光与调制固体靶相互作用，能够在现有激光技术条件下，产生能量转化效率高且截止能量与束流产额均远高于平面固体靶的高能电子束能谱
。
高产额电子束可在靶背真空区域生成更强的鞘层电场，从而有效驱动离子加速，而且，能量足够高的电子束在
X/
γ
射线
、
正电子等次级粒子产生研究中同样具有重要应用价值
。
此外，通过改变激光强度
、
改变固体靶的长度和密度或改变调制结构的波长
、
密度和幅度，可以有效的对产生的加速电子的电子束能谱进行调节
。
附图说明
[0023]图1为一个实施例中基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统的结构示意图；
[0024]图2为一个实施例中基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统最终得到的电子能谱图
。
[0025]附图标记：
[0026]激光源1，光学传输模块2，激光聚焦模块3，固体靶4，光束分离模块5，真空靶室
6。
具体实施方式
[0027]为了使本申请的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明
。
应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请
。
基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围
。
[0028]需要说明，本申请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
。
[0029]另外，在本申请中如涉及“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<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统，其特征在于，包括：激光源
、
真空靶室
、
传输聚焦装置
、
固体靶以及光束分离模块；所述激光源设在所述真空靶室的外部并作为输入端，所述光束分离模块设在所述真空靶室的外部并作为输出端，所述传输聚焦装置以及所述固体靶均设在所述真空靶室的内部；所述固体靶的表面设有多个阵列分布的回转体结构，所述回转体结构的母线为正弦曲线，所述回转体结构的中心线朝向所述激光源的方向；所述激光源产生激光，并经过所述传输聚焦装置后射入所述固体靶，以经所述固体靶调制后射出电子束，所述电子束在所述光束分离模块的作用下产生高能高产额电子束
。2.
根据权利要求1所述的基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统，其特征在于，所述传输聚焦装置包括：光学传输模块以及激光聚焦模块；所述光学传输模块设在所述激光的光路上，并改变所述激光的方向后射入所述激光聚焦模块；所述激光聚焦模块接收所述光学传输模块的射出激光，并聚焦后射入所述固体靶
。3.
根据权利要求2所述的基于激光相对论透明加速的高能高产额电子束产生系统，其特征在于，所述真空靶室上具有输入窗口以及输出窗口，所述激光由所述输入窗口射入所述真空靶室，并由所述输出窗口射出所述真空靶室；所述光束分离模块为两块偏转磁铁，分别设在所述输出窗口的两侧，并均与所述电子束的射出方向平行
。4.
根据权利要求3所述的基于激光相对论透明加速...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟权，张普渡，银燕，魏玉清，董乾，马璐瑶，王宗超，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：