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上海光机所成功实现超强超短激光驱动的超高亮度伽马射线源

 


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本文摘要:近期,中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室徐至展、李儒新率领的研究团队,基于极强非同激光驱动的超高亮度伽马(g)射线源研究获得突破性进展。

近期,中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室徐至展、李儒新率领的研究团队,基于极强非同激光驱动的超高亮度伽马(g)射线源研究获得突破性进展。利用极强非同激光驱动的级联尾波场加快取得高性能高能电子束与激光对撞产生超高亮度准单色MeV量级伽马射线源,其最高峰值亮度约31022photonss-1mm-2mrad-20.1%BW,与国际上报导的同类伽马射线源亮度比起高达一个量级以上,比传统伽马射线源同能区的峰值亮度提升了10万倍。

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涉及研究结果公开发表于ScientificReport上[ScientificReport6,29518(2016)]。  基于相对论电子束与激光对撞的逆康普顿衍射是目前产生高能伽马射线源的最有效途径。

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高能伽马射线源在核物理与核光子学、粒子物理、可用检测、材料科学、医疗临床、核能、空间技术等诸多领域具有极其重要的应用于价值,世界上很多国家还包括中国都在大力创建伽马射线源,但基于传统加速器的伽马射线源装置体积可观,耗资便宜,大大容许了其发展与应用于。极强非同激光驱动等离子体尾波场电子加快是一种全新的电子加快机制,其加快梯度比起于传统电子加速器提升了3个量级以上,需要很大地减少系统的规模和成本,构建康普顿伽马射线源装置的小型化。

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此外,极强非同激光加快产生的相对论电子束天然具备飞秒尺度脉长、微米量级尺寸的特性,使伽马射线脉冲具备传统方法难以获得的非同脉冲、超高亮度等明显优点。  近几年来,上海光机所研究团队在激光尾波场电子加快方面积极开展了独具特色的研究,国际上首次顺利构建级联双尾波场准单能高能电子加快新的方案,取得了GeV级准单能电子束等最重要研究成果[Phys.Rev.Lett.107,035001(2011);Appl.Phys.Lett.103,243501(2013)]。

在本项康普顿g射线源的研制过程中,利用自行研制的高反复频率200TW极强非同激光装置,通过优化级联尾波场电子加快中的电子流经位互为,取得了峰值能量在200~500MeV范围,能散~1%,电量~50pC,收敛角0.4mrad,脉长~10fs的高性能准单能电子束。并利用等离子体镜光线驱动激光与该电子束构建自实时准确对撞,产生了峰值能量在0.2-2MeV范围可回声的定单色伽马射线源。最高峰值亮度超过31022photonss-1mm-2mrad-20.1%BW,比传统伽马射线源同能区的峰值亮度提升10万倍,同时单发伽马光子数超过5107光子。  审稿人对该结果给与了高度评价...该论文十分全面地密切相关了一种仅有光驱动定单色康普顿衍射源,并在软伽马射线范围获得了创纪录的峰值亮度...及...作者们通过全方位的测量、考虑到有可能不存在的背景影响以及详细的仿真,得出了十分原始的物理图像...。

这种小型化超高亮度准单色MeV量级伽马射线源将在核物理与核光子学、材料科学、可用检测、医疗临床等方面具有普遍的应用于前景。  录:在该项研究的伽马射线源的临床测量中,与合作单位西北核技术研究所,积极开展了紧密的合作(强场激光物理国家重点实验室供稿)  图(a-c)实验测量的伽马射线束斑产于、经过有所不同波动片后的束斑产于及背景电磁辐射;(d-f)分别对应(a-c)的伽马射线光子空间产于;(h)射线源及背景在纵向和横向方向上的强度产于;(i)重构的伽马射线源能谱。


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