英国自由电子激光加速器CLARA成功产生一枚电子

英国科技设施研究理事会的达斯伯瑞实验室（DaresburyLabora—tory）正在建造的自由电子激光加速器（FEL）近期成功射出了一枚自由电子，标志着由英国人设计建造的紧凑线性加速器CLARA可以正常工作，CLARA即将将投入运行，为人类探索世界打开一个新的窗口。

英国自由电子激光加速器CLARA成功产生首枚电子

英国科技设施研究理事会所属达斯伯瑞实验室正在建造的自由电子激光加速器（FEL）成功射出了首枚自由电子,标志着由英国设计建造的紧凑线性加速器--CLARA即将投入运行,为人类探索世界打开了一个新的窗口.

激光加速器为深空辐射环境模拟提供新方案

“空间辐射是制约深空探测发展的核心问题之一。”在9月19一21日召开的香山科学会议上,中国科学院院士、上海科技大学副校长李儒新提出,“为保障航天任务的顺利执行,需要在地面开展相关的空间辐射效应环境模拟,评估相关因素的危害,激光加速技术提供了环境模拟的新思路”。

啁啾逆自由电子激光——高梯度真空激光加速器

在驱动激光强度接近相对论范围和脉冲持续时间只有几个光周期的情况下，对逆自由电子激光(IFEL)相互作用作了理论研究和数值计算。作为很有前途的真空激光加速过程，已演示了逆自由电子激光原理；这里证明了利用超短超高强度驱动激光脉冲，大大增加逆自由电子激光作用带宽和加速梯度，因而产生大的能量增益。利用啁啾脉冲和负色散聚焦光学系统允许人们利用激光光学带宽的优点，产生具有最大梯度的彩色线聚焦。这些新颖思想的结合形成了紧凑的真空激光加速器，能以高梯度(Gev／m)和低能散加速皮秒电子束簇。

激光加速器中的靶科学与技术

激光加速器通过激光打靶产生高能带电粒子,是一种极具潜力的新型加速器.与“靶”相关的科学与技术,对激光加速器性能的提升、设备的实用化与普及起着至关重要的作用.本文概述靶科学与技术对激光加速器的重要意义,探讨其中的关键问题,着重介绍北京大学重离子物理研究所研究团队在相关领域取得的进展.通过与纳米科技结合,我们创立发展了碳纳米管靶体系,成功解决了临界密度靶难题;设计并构建双层纳米靶,实现了重离子级联加速过程,解决了短脉冲激光加速重离子/超重离子时高效电离与长时间加速难以兼得的瓶颈问题,创纪录地获得了580 MeV碳离子与1.2 GeV金离子;攻克了高品质靶材批量制备、靶材损伤阈值测控、高精度瞄靶、重频打靶等关键技术,有力推动了激光离子加速器实用化进程.

激光加速器装置CLAPA-Ⅱ的研究进展

粒子加速器作为核物理科学中的核心仪器设备,是衡量综合国力的一项重要标志.常规粒子加速器已经有了百年的发展史,目前挑战主要集中在高流强、低发射度、更高加速梯度等方面.新加速机制的提出与研究是粒子加速器技术的新兴研究方向.由于激光与等离子体作用不存在击穿问题,产生的加速电场梯度远高于常规加速器,具有可以更加经济地实现高能粒子加速的潜力,一旦达到工程应用标准,将大幅降低加速器的建造应用门槛.但由于激光加速技术发展时间较短,在实际投入工程应用中仍面临很大挑战.为了实现激光加速技术从实验到实际应用的转化,在国家科技部和北京市的支持下,北京大学在怀柔科学城开展了激光加速器装置CLAPA-Ⅱ的研发与建造.本文主要介绍了CLAPA-Ⅱ装置的主要组成,以及关键核心技术相关研究进展.

激光加速器中电子能量增益的广义协变推导

本文通过广义协变的坐标变换导出了激光电子加速器中能量增益的表达式,指出即使不存在外加的引力场,电子也会因背景介质的影响产生一个附加的引力加速,在真空情况,所得结果与用洛仑兹变换得到的结果一致。

管中激光加速器的推力形成过程

管中激光加速器是一种新型的激光推力器,弹射体在管道中被加速。利用光线追踪法,根据光线在网格中的传播路径信息,运用辐射输运方程,得到流场的能量源项;数值求解含能量源项的流体控制方程,对管道中等离子体流场激波的形成和演化过程进行了研究。模型能够模拟空气光学击穿、空气对激光能量的吸收、等离子体对激光的屏蔽作用和推力形成过程,通过计算得到冲量耦合系数为3.61×10-4N/MW,等离子体内能转化为流场动能的比例约为9%。

为世界加速——记北京大学物理学院激光加速器团队

从1960年世界上第一台激光器诞生开始,至今激光科学已经深刻地改变了物理学、化学、生物学和医学等多个研究领域,快速推动着人类社会的进步。不仅如此,进入20世纪以来,激光、加速器及其相关研究已经是诺贝尔物理学奖上的“常客”。前不久刚刚颁发的2018年诺贝尔物理学奖,正是授予3位开创激光应用领域的先驱。他们因发明光学镊子以及产生高强度超短光学脉冲的方法而获奖,他们的发明可以对不同种类的细菌、病毒、细胞等生命机制进行研究,可以促进白内障屈光手术的进步,还能用于制造手术支架。不但如此,新的激光技术正在使我们获得更快的电子产品、更高效的太阳能电池、更好的催化剂以及更强大的加速器。激光技术正一点点改变着世界。

高品质激光尾波场电子加速器

激光尾波场电子加速的加速梯度相比于传统直线加速器高了3—4个量级,对于小型化粒子加速器与辐射源的研制具有重要的意义,成为当今国内外的研究热点.台式化辐射源应用需求的提高,特别是自由电子激光装置的快速发展,对电子束流品质提出了更高的要求,激光尾波场电子加速的束流品质和稳定性是目前实现新型辐射源的首要障碍.本文归纳整理了中国科学院上海光学精密机械研究所电子加速研究团队十年来在研制台式化激光尾波场电子加速器过程中采取的方案和取得的进展.例如率先提出了注入级和加速级分离的级联加速方案,通过实验获得了GeV量级的电子束能量;基于级联加速方式利用能量啁啾控制,实验获得世界最高品质的电子束流;通过优化激光系统稳定性和特殊的气体喷流结构,获得稳定的高品质电子束流输出等.这一系列实验结果有利于进一步推进激光尾波场电子加速器的应用.

直线加速器激光定位灯的验证与调整

如今的我国医院中放疗技术已经得到了十足的发展,其中的直线加速器激光定位灯起到了至关重要的作用,同时根据各方面的所需,也对直线加速器激光定位灯的使用与定位有了更高的要求与标准.如今在医院的临床研究上,医院的工程技术人员对直线加速器激光定位灯的验证与调整十分的重视,笔者将结合自身多年对直线加速器激光定位灯的研究经验入手,深入的讨论其的验证与调整的方法,并对直线加速器激光定位灯的使用性能与方法进行改进,以期可以发挥出最大的功效.

激光加速高能质子实验研究进展及新加速方案

利用超强激光与等离子体相互作用来加速高能离子是激光等离子体物理及加速器物理领域的研究热点.经过了近20年的发展,激光离子加速已取得丰硕成果,催生了一批新的应用.本文概述了国内外激光离子加速所取得的标志性实验研究进展,围绕高能质子的产生这一关键问题进行了深入的探讨,介绍了近几年来发展的有潜力的新加速方案.

激光偏振方向对强脉冲激光加速电子的影响

通过对电子在线偏振脉冲激光场的非弹性散射过程的 3D计算模拟 ,研究了电子在强激光场中非弹性散射及加速效应与激光偏振方向之间的变化规律。结果发现 ,在激光场强Q0 <10时 ,电子的最大出射能量几乎与激光的偏振方向无关 ,这与传统的有质动力势模型一致 ;在Q0 =10时 ,电子的最大出射能量开始敏感于激光的偏振方向 ;当Q0 >10时 ,电子的出射能量非常敏感于激光的偏振方向 ,这与传统的有质动力势模型相违。

一种基于半导体激光器的电子加速方法

介质激光加速器是一种高梯度微纳结构的加速器,是未来加速器小型化的重要技术方向之一。本文提出了一种基于半导体激光器的介质激光加速器方案。在此种方案中,加速光栅位于谐振腔内部,省去了高功率激光耦合至加速光栅的外部光路,为介质激光加速器的级联提供了一种新的思路。文中着重研究了加速结构对谐振腔内部场分布的影响,给出了谐振腔场横向截面分布的仿真结果,阐述在该结构中采用高斯光束激励时电子束加速相位匹配的问题,研究了制备精度误差对场分布的影响,最后给出了对加工精度误差的最低要求。

基于激光等离子体加速的自由电子激光研究新进展

激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束,为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展,电子束的品质难以达到自由电子激光的需求,尤其在稳定性、发散角和能散等方面,阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展,整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展,并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明,通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大,产生高增益的辐射,这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。

欧洲第四代自由电子激光源投入使用

在当代科技领域，对高亮度、短脉冲、可调谐先进激光源的需求越来越多。先进的激光源，对新材料、生命科学、新药研发等领域的研究将不可或缺。 位于意大利雅斯特（Trieste）的同步激光加速器（Sincrotrone）提供的高亮度、短脉冲同步光源，可在原子和分子层面详尽研究物质的表面结构和内在行为，是电子科学、环境保护、药物开发、医疗诊断、工程技术和纳米科技研发的有效工具。

欧洲第四代自由电子激光源投入使用

在当代科技领域,对高亮度、短脉冲、可调谐先进激光源的需求越来越多。先进的激光源,对新材料、生命科学、新药研发等领域的研究将不可或缺。位于意大利雅斯特（Trieste）的同步激光加速器（Sincrotrone）提供的高亮度、短脉冲同步光源,可在原子和分子层面详尽研究物质的表面结构和内在行为,是电子科学、环境保护、药物开发、医疗诊断、工程技术和纳米科技研发的有效工具。

日本将电子束成功加速到100MeV

日本大阪大学激光能学研究中心用超细玻璃管激光加速器成功将电子束加速到100MeV。这种小型通用加速器技术有望使便携式癌症治疗装置成为现实。