物理所等單位專家發(fā)現(xiàn)質(zhì)子加速新機(jī)制
zui近，中科院物理所研究員盛政明與北京大學(xué)教師顏學(xué)慶等人合作，發(fā)現(xiàn)了一種新的質(zhì)子加速機(jī)制——穩(wěn)相加速。該工作發(fā)表在近期出版的Physical Review Letters 100, 135003 (2008)上。

    超短強(qiáng)激光脈沖與物質(zhì)相互作用可以產(chǎn)生*的加速梯度，由此可以把其中的帶電粒子(包括電子和離子)在厘米量級(jí)或者更短距離內(nèi)加速到百兆(100MeV)甚至千兆電子伏(GeV)的能量，實(shí)現(xiàn)臺(tái)面緊湊型粒子加速。這對(duì)于很多應(yīng)用具有重要價(jià)值，譬如強(qiáng)流高能質(zhì)子可以驅(qū)動(dòng)新型“快點(diǎn)火”核聚變、產(chǎn)生高能量密度物質(zhì)狀態(tài)、超快成像、腫瘤治療、醫(yī)療同位素產(chǎn)生等。因此，利用超短*激光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生高能質(zhì)子束成為近年來(lái)強(qiáng)場(chǎng)物理研究的熱點(diǎn)。超短*激光與薄膜固體靶作用是產(chǎn)生高能質(zhì)子的有效手段，其主要的物理機(jī)制是出現(xiàn)在靶后表面的所謂靶面鞘層加速，該鞘層場(chǎng)是激光在靶前表面產(chǎn)生的大量高能電子穿過靶后產(chǎn)生的。大量實(shí)驗(yàn)表明，通過該機(jī)制產(chǎn)生的質(zhì)子束能譜很寬，能量很低，且效率不高。這些特點(diǎn)限制了激光質(zhì)子源的實(shí)用性。

    盛政明研究員與合作者通過采用圓偏振的*激光與薄膜靶作用，當(dāng)靶的厚度小于某臨界值時(shí)(該臨界厚度取決于入射激光強(qiáng)度、靶密度和入射激光波長(zhǎng))，就會(huì)形成穩(wěn)相加速。穩(wěn)相加速存在于整個(gè)激光脈沖作用期間，在此過程質(zhì)子束的能量不斷提高，同時(shí)在縱向空間產(chǎn)生聚束，由此產(chǎn)生方向性好，能量單色性好的高能質(zhì)子束。在穩(wěn)相加速過程，電子被激光推進(jìn)的前向速度與質(zhì)子幾乎一致，極大減小了庫(kù)侖場(chǎng)對(duì)質(zhì)子束傳輸過程造成的相空間擴(kuò)散，有利于獲得高質(zhì)量強(qiáng)流質(zhì)子束。和前面提到靶面鞘層加速機(jī)制相比，穩(wěn)相加速產(chǎn)生的質(zhì)子束具有能量高、效率高、單色性好等優(yōu)點(diǎn)。這為將來(lái)的臺(tái)面加速器提供了一種可能的方案。

    該項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家高技術(shù)慣性約束核聚變主題和國(guó)家基礎(chǔ)研究計(jì)劃(“973”項(xiàng)目)的資助。

物理所等單位專家發(fā)現(xiàn)質(zhì)子加速新機(jī)制