美物理学家发现了激光等离子体加速的最佳条件

激光制造网LaserfairCom · 公众号 · · 2017-09-29 11:30

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激光等离子加速比任何常规电子加速器的占地面积更小和峰值电流更高，有可能将是下一代紧凑型光源的基础。为了使激光等离子体加速实用于未来的应用，研究人员开发了一种增加光束稳定性和质量的方法。研究人员已经表明，为了产生具有小能量传播的高电荷束，激光等离子体加速器必须在最佳负载条件下运行。

电子加速器是不可或缺的研究工具; 然而，即使这些最小版本的超级显微镜也可以是足球场般大小。如果能创建稳定可靠的电子束，激光加速器可以缩小一些。

据赫尔姆霍兹中心德累斯顿 - 罗森多夫（HZDR）的研究人员称，将这些加速器缩放至纳库仑范围可能会产生数百千安普峰值电流，并刺激下一代涵盖高场太赫兹、高亮度x射线和γ的辐射源射线源、紧密的自由电子激光器和实验室尺寸的光束驱动等离子体加速器。然而，产生这种电流的加速器在波束加载状态下工作，其中加速电场被注入的束的自场强烈修改，这可能会使关键光束参数恶化。

在所谓的靶室中，高性能激光DRACO的光脉冲击中气体喷射。目的是在短于铅笔宽度的距离上将电子几乎加速到光速。图片由HZDR / F。Bierstedt提供。

研究员Jurjen Pieter Couperus说：“这些较高的电流产生足够强的电自场，以叠加和干扰激光驱动的波，从而扭曲波束。捆绑被拉伸，没有正确加速。因此电子具有不同的能量和质量水平。"

为了对多个正在进行的实验都有用，每个波束必须具有相同的参数。

“电子必须在正确的时间出现在正确的地方，”Couperus说。

研究人员证实，如果采用适当的控制方式，可以使用束流负载效应来提高加速器的性能。自截断电离注入能够在单能峰内加载大约0.5纳仑的电荷。

随着能量达到平衡，研究人员表明，加速器可以在理论上预测的最佳载荷条件下运行，并且最终的能量分散可以最小化。

“在我们的实验中，我们发现负载约为300 picocoulomb的时候条件是理想的。“ 研究人员Arie Irman表示，“如果我们向波浪添加更多或更少的电子，则会导致更广泛的能量分散，这会损害光束质量。”

根据团队的计算，在理想条件下的实验将产生约50千安的峰值电流。

“更简单来说，大约只有0.6千安流过德国高铁的架空线路。”Couperus说道。

Couperus对他们团队打破自己的记录很有信心，他说：“把我们的研究结果和激光脉冲运用在我们的高强度激光DRACO可以达到的佩塔瓦范围内，我们应该能够生成峰值电流为150千安的高质量电流束，这将超过现代大型研究加速器大约两个数量级”。

研究人员认为，这样的成就将为下一代紧凑型辐射源铺平前方的道路。

（来源：激光制造网）编译/Nick