中国工程物理研究院 流体物理研究所,脉冲功率科学与技术重点实验室,四川 绵阳 621900
以减小直线感应加速器X射线光源横向尺寸为目标,开展轫致辐射转换靶的设计。对聚焦打靶过程中电子束运动轨迹进行分析,指出同一个电子束轨迹分布,既可以描述为电子束在某纵向位置处具有一定的横向展宽,也可以描述为电子束保持较小横向尺寸时的轴向分布展宽,由此提出在束腰附近放置多个小靶片实现聚焦电子束有效阻挡的小尺寸多层靶概念设计。采用EGS4程序对X射线产额进行计算,发现靶厚度在一定范围内改变时X射线产额变化较小,基于这一规律完成了小尺寸多层靶的结构设计。进一步考察了一个设计应用实例,当聚焦电子束最小包络直径3 mm、会聚角100 mrad时,对比大尺寸靶,采用小尺寸多层靶可以获得等效直径减小约50%、产额减小约10%的X射线光源。该设计方法有望在相同的电子束品质和聚焦条件下,获得横向尺寸小于电子束最小束包络直径的X射线光源,具有一定的应用价值。
直线感应电子加速器 X射线光源 强流电子束 聚焦 轫致辐射转换靶 linear induction electron accelerator X-ray light source high current electron beam focus bremsstrahlung conversion target 强激光与粒子束
2024, 36(3): 034003
1 中国科学技术大学物理学院,安徽 合肥 230026
2 中国科学院上海光学精密机械研究所,强场激光物理国家重点实验室,中国科学院超强激光科学卓越中心,上海 201800
3 扬州大学物理科学与技术学院,江苏 扬州 225009
4 上海科技大学物质科学与技术学院,上海 200031
逆康普顿散射源是利用高能电子束和强激光对撞产生高能辐射的光源。传统电子加速器作为电子源的逆康普顿散射源体积庞大,难以推广。而新型的激光等离子体电子加速器具有更高的加速梯度,具备小型化的发展潜力。全光逆康普顿散射源就是一种基于激光等离子体电子加速器实现的小型化高能辐射源,具有更短脉宽、更高亮度的辐射输出,应用前景十分广阔。首先,总结了全光逆康普顿散射源在提高亮度、能量和单能性等方面的优化研究进展,并分析了设计重点;最后,介绍了全光逆康普顿散射源在基础科学研究、工业和生物医学领域的典型应用。
超快激光 激光等离子体电子加速 全光逆康普顿散射源 新型辐射源
1 上海师范大学物理系,上海 200234
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海 201800
受益于超短超强激光技术的持续迅猛发展,飞秒强激光为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件,使激光物质相互作用进入到一个极端非线性的强场超快新范畴,催生了大量新原理、新现象,推动了技术变革。飞秒强激光驱动的等离子体尾波场加速原理是一种具有超高加速梯度的粒子加速新原理,该技术的加速梯度可达100 GV/m,相比于传统射频加速器提高了3个数量级以上,可在厘米量级的加速长度内获得GeV量级的高品质高能电子束,极大地降低了加速器的成本,为发展新一代粒子加速技术和新型超快辐射源提供了新机遇和新途径。从飞秒强激光驱动等离子体尾波场中的电子注入、能量啁啾控制和高品质电子束产生以及基于高品质电子束的betatron X射线辐射、高能伽马射线和小型化自由电子激光这几个方面介绍了激光等离子体尾波场电子加速的若干主要研究进展,并对未来进行了展望。
激光光学 激光尾波场 电子加速 能量啁啾 betatron辐射 逆康普顿散射 自由电子激光
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心,北京 100049
粒子加速器极大地推动了近代科学的发展。目前成熟的射频加速方案受限于不足100 MV/m的加速梯度,面临造价高、占地面积广、建设周期长等挑战,同时也限制了其在一些领域的应用和推广。因此,寻求新型的电子加速技术已成为加速器领域的重要研究方向。在更高频率的太赫兹和光频波段,太赫兹波导加速和电介质激光加速技术能够提供高达GV/m量级的加速梯度,近年来已相继实现了对非相对论和相对论电子的加速及相空间操控(如脉宽压缩、空间聚焦等),并演示了级联加速方案,为实现小型化的集成加速器奠定了基础。未来,集成加速器有望在实验室范围实现大型射频粒子加速器的功能,并引起物理、化学、生命科学、医学等多学科领域的突破。为更好地把握集成电子加速器的发展,梳理了从太赫兹波到光波驱动的电子加速研究进展,介绍了相干电子源和束流控制的相关技术,并进一步展望了新型集成加速器的研究和应用。
太赫兹 电子加速 电介质激光加速 集成加速器 中国激光
2023, 50(17): 1714008
强激光与粒子束
2022, 34(12): 124002
强激光与粒子束
2022, 34(11): 112001
强激光与粒子束
2022, 34(10): 104018
1 深圳技术大学 工程物理学院,广东 深圳 518118
2 深圳技术大学 深圳市超强激光与先进材料技术重点实验室,广东 深圳 518118
3 深圳技术大学 先进材料测试技术研究中心,广东 深圳 518118
4 中国科学院 高能物理研究所,北京 100049
5 中国工程物理研究院 应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
6 广东中科揽胜辐射防护有限公司,广东 佛山 528200
应相关建设安评、环评、稳评以及职业健康评估的要求,电子加速器设计过程中即应对其辐射情况进行分析。针对电子能量为40~95 MeV可调的光阴极微波电子枪直线加速器,对其辐射源项进行分析,并讨论了可能的辐射防护措施的效果。采用蒙特卡罗软件FLUKA对电子束流和加速器进行建模,通过模拟计算发现,加速器产生的等效剂量分布主要位于废束桶中,废束桶以外辐射剂量迅速下降,在电子加速器实验大厅四周设置混凝土墙体的情况下辐射等效剂量率将随墙体厚度迅速下降。若混凝土墙体厚度设置为1 m,则墙体外工作人员所在区域辐射等效剂量率不高于1 μSv/h量级,能够有效屏蔽加速器产生的电离辐射,给工作人员提供有效防护。研究方法及结果对同能区同类型加速器建设中的辐射分析及辐射防护评估具有一定的参考价值。
电子加速器 FLUKA模拟 电离辐射 辐射源项分析 辐射防护 electron accelerator FLUKA simulation ionizing radiation radiation source term analysis radiation protection 强激光与粒子束
2022, 34(6): 064008
强激光与粒子束
2022, 34(4): 049002
中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
采用超短脉冲激光与固体靶作用产生光核中子的模型,使用蒙特卡罗程序Fluka研究了激光诱导光核中子源的特性。对不同材料和电子温度条件下中子产生的模拟表明,钨是最佳的靶材料,且对于不同的超热电子温度,存在不同的产额饱和厚度。对源尺寸的模拟表明,中子源的尺寸决定于入射电子束发散角和靶厚,可以通过增加靶半径的方式提升前向与侧向中子通量的比值至5。当电子温度大于4 MeV时,可以获得能谱结构稳定的光核中子源。对时间分布的模拟表明,中子源的脉宽小于30 ps,且飞行后的脉宽展宽系数为100 ps/mm。
激光器 光核反应 激光电子加速 激光中子源 超短脉冲激光 蒙特卡罗模拟