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拍瓦强激光在固体细丝靶面驱动的超高亮度高能伽玛辐射研讨获希望

文章泉源:物理研讨所   公布工夫:2018-10-12  【字号:     】  

  近期海内外强激光研讨机组成功制作了数拍瓦超强激光安装(1拍瓦=1015瓦),并同时进一步方案制作更强的百拍瓦量级激光安装(譬如,本年诺贝尔奖得到者Mourou传授等人推进的ELI激光安装)。这些安装输入的激光脉冲的聚焦强度可以或许到达1025W/cm2(激光电场强度达1016V/m),这会将强激光与物质互相作用从绝对论和经典非线性物理推进到量子电动力学(QED)占主导的领域。为了在该范畴展开研讨,2018注册免费送白菜_可靠平台物理研讨所/北京凝结态物理国度研讨中央光物理重点实行室L05组副研讨员王伟民、研讨员李玉同和上海交通大学传授盛政明互助,在他们之前编写的KLAPS粒子模仿(PIC)步伐的底子上,于2016年又进一步开辟了海内首个QED-PIC步伐,并用来研讨百拍瓦量级的强激光与固体靶互相作用中的奇特QED效应【Physical Review E 96, 013201 (2017)】。

  近来,王伟民、盛政明、李玉同、张杰等人使用该步伐对强激光脉冲与横向标准在激光波长量级的固体细丝互相作用举行了研讨,发明纵然驱动激光在拍瓦量级,就能孕育发生明显的QED效应。当强激光与细丝靶作用时,一方面在细丝靶外貌把电子加快至GeV量级,另一方面在靶外貌引发出了很强的准静态横向电磁场,后者在丝外貌驱动高能电子做横向振荡,并孕育发生类同步辐射。固体细丝靶的高密度使得激光脉冲沿靶外貌引导和加快电子,孕育发生数量十分高的准直GeV电子束,其单脉冲电量可以到达10nC量级,而气体靶尾场加快器的电量仅在100pC量级。同时固体细丝靶的高密度使得激光在靶外貌构成的准静态横向电磁场十分强,可以到达1014V/m量级,在电子运动坐标系下,该有用振荡场靠近Schwinger临界场强ESh=1.32×1018V/m(此场强可以在真空中间接引发出正负电子对),在此条件下电子振荡惹起的同步辐射曾经进入了QED范畴,因此可以或许十分高效地孕育发生准直性精良的高能量、高亮度伽玛射线。三维QED-PIC模仿评释,伽玛射线的亮度仅次于大型X射线自在电子激光安装(XFEL),但其光子能量高达几十MeV到几百MeV(比XFEL高3个数目级),从激光到伽玛射线的转换服从可以靠近10%。与通常的强激光与固体靶作用孕育发生高能伽玛射线相比,本方案不但大大低落了对驱动激光功率的要求,并且大幅进步伽玛射线的准直性、大幅低落其横向尺寸,因而伽玛射线的亮度失掉极大提拔。这种高能伽玛射线在放射医治、原子核光学、实行室天体物理、伽玛光子对撞机等具有诱人的使用远景。该事情近期颁发在《美国国度迷信院院刊》上【PNAS 115, 9911 (2018)】。

  以上研讨失掉科技部重点研发方案(2018YFA0404801)、挑衅方案(TZ2016005)、国度天然迷信基金委(11775302, 11721091, 11775144, 11655002, 11520101003)、澳门送彩金网站先导科技专项(XDB16010200, XDB07030300)、教诲部IFSA协同创新中央的赞助。

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    图1. A为丝靶方案的表示图:一束拍瓦激光脉冲沿着亚波长细丝传输时,孕育发生的高能电子束沿着丝靶外貌或激光流传偏向传输,同时在靶外貌孕育发生了很强的静电场和静磁场,此电场力和磁场力互相竞争招致电子束垂直于靶外貌振荡,从而辐射出高能伽玛光子;随着激光脉冲渐渐靠近其焦立体(此立体与丝靶前端有肯定的间隔,以充实地引导和加快电子束),电子束能量渐渐增长、其发散比赛渐减小,因而孕育发生的伽玛光子数量和能量渐渐进步、光子发散比赛渐减小。B图给出了大型X射线自在电子激光安装(XFEL),大型的同步辐射安装,基于激光尾场加快器的betatron或康普顿散射,以及此丝靶方案中孕育发生的伽玛/X射线光子能量和亮度值。

    图2. 三维KLAPS粒子模仿结果。A为激光电场的空间漫衍(单元mcω/e):激光与细丝靶互相作用时构成了中空的场布局;B为孕育发生的伽玛光子数密度的空间漫衍(单元为等离子体临界密度nc);C为伽玛光子的角漫衍:从丝靶中孕育发生的伽玛光子重要沿着靶外貌或激光流传偏向,而一样平常的立体靶中孕育发生的伽玛光子的发散角很大;D为伽玛光子能谱。




(责任编辑:叶瑞优)

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