當前位置: 首頁 >> 科學研究 >> 正文

我校先進材料測試技術研究中心在超強超短脈沖激光驅動高亮度伽馬光源和高能離子束研究方面取得重要進展

信息來源: 時間:2019-07-31 瀏覽次數:

近日,我校先進材料測試技術研究中心研究團隊分別在超短超強脈沖激光驅動產生的高亮度伽馬光源和高能離子源方面獲得重要研究成果。

上世紀80年代啁啾脈沖放大技術(2018年度諾貝爾物理學獎)的發明及發展,使得目前可在實驗室獲得強度高達1022W/cm2、峰值功率達拍瓦(1015W)量級的高功率激光輸出。利用高功率激光與物質相互作用,可產生新型的電子源、離子源、中子源與輻射源,它們具有脈沖短(10-15秒量級時間脈寬)、焦斑小(10微米量級空間尺寸)、亮度高、可調控等優點,可對極端材料進行操控和探測。

自2016年以來,我校周滄濤教授負責承擔國家重點研發計劃大科學裝置前沿研究重點專項“強激光驅動新型粒子源和輻射源研究”項目的科研任務,項目組成員近年來已取得一系列的重要成果。

工作一、超強超短激光驅動產生高亮度高準直渦旋伽馬光源:中心博士后鞠立寶博士同合作者在超短脈沖渦旋激光與等離子體相互作用產生高亮度高準直渦旋伽馬光源研究方面取得重要進展。美國物理協會(APS)旗下唯一應用物理綜合性TOP期刊《Physical Review Applied》近日發表了相關科研成果,深圳技術大學為第一單位和通訊單位,鞠立寶博士和黃太武副教授為共同第一作者,阮雙琛教授和周滄濤教授為共同通訊作者。

激光不僅可以有自旋角動量,也可以有軌道角動量,通常帶有軌道角動量的激光被稱為渦旋激光,這種激光以其奇異性和擁有特殊的螺旋相位波前的特點被廣泛應用于光學顯微鏡、光學微操控(2018年諾貝爾物理學獎)、光通信、量子信息、成像等多個領域。對于低能X射線源,有幾種方式產生有軌道角動量的光子束,然而對于更高能(如千兆電子伏特)的伽馬射線源,如何產生軌道角動量仍然是重要的挑戰。在本工作中,中心研究團隊首次提出利用超強渦旋激光與低密度等離子體相互作用獲得角動量可調的高亮度高準直伽馬射線源的物理機制。發現在一定匹配條件下,可以通過組合電子加速機制獲得能量高達GeV(109eV)的渦旋電子束,這些螺旋運動的高能電子進一步通過同步輻射方式可以產生帶有軌道角動量的渦旋伽馬射線源,并且通過改變渦旋激光的拓撲荷數或激光強度可以調控伽馬射線源的軌道角動量大小。此外,通過該機制獲得的伽馬光源亮度比目前實驗室中所獲得亮度要高兩個量級以上,而其軌道角動量對應的扭矩要高三個量級以上。這些帶有軌道角動量的高亮度特殊伽馬射線源在材料磁性探測、高密度物質成像、核物理研究、天體物理研究等方面具有重要的應用前景。



圖1.(a)超強渦旋激光(綠色)和產生的渦旋伽馬射線(紅色) (b)渦旋激光的橫向激光電場分布 (c)產生渦旋伽馬射線的能量密度分布


論文信息:L.B.Ju#, C.T.Zhou*, T.W.Huang#, K.Jiang, C.N.Wu, T.Y.Long, L.Li, H.Zhang, M.Y.Yu, and S.C.Ruan*, Generation of collimated bright gamma rays with controllable angular momentum using intense Laguerre-Gaussian laser pulse, Physical Review Applied, 12 (2019), 014054.

論文鏈接:https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.12.014054



工作二、超強超短激光驅動高效產生高能離子束:中心訪問學者鄒德濱博士同合作者在超短脈沖激光與等離子體波導靶相互作用高效率加速離子(質子和碳離子)束方面取得重要進展。國際原子能機構主辦的著名學術期刊《Nuclear Fusion》近日發表相關科研成果,深圳技術大學為第一單位和通訊單位,阮雙琛教授和周滄濤教授為共同通訊作者。

超強超短激光與等離子體相互作用可激發高于傳統加速器三個量級以上的加速梯度,能夠將帶電粒子在厘米甚至更短的空間尺度內加速到極高能量,這為激光臺面型粒子加速器的發展提供了全新的物理方案。超強激光加速的離子束具有脈寬短、密度高等優勢,在離子束驅動熱核聚變、影像學、醫學等領域具有極其重要的應用價值。然而,當前超強激光離子加速實驗中激光至離子的能量轉換效率通常低于10%,對于超短脈沖激光甚至小于2%。在本工作中,中心研究團隊建立了基于等離子體波導的全三維激光離子加速理論模型,并利用三維粒子模擬程序進行有效驗證。研究發現超強激光在等離子體波導壁中拉出的高密度電子串在波導中激發高階模縱向電場的作用下得到充分加速,如圖2所示。當這些電子傳輸至附著塑料基底后表面時能夠誘發更強的鞘層加速電場,可有效地將離子加速到高能:激光-離子轉換效率提升至15%、質子能量達46MeV、碳離子能量達150MeV。



圖2. (a) 超強超短激光等離子體波離子加速機制圖; (b) 波導內激發TM11模的縱向電場切面分布; (c) 波導內激發TM12模的縱向電場切面分。


論文信息:D.B.Zou#, D.Y.Yu, M.Y.Yu, T.W.Huang#, A.Pukhov, H.B.Zhuo, C.T.Zhou*, and S.C.Ruan*, Efficient generation of ~100MeV ions from ultrashort ~1021Wcm-2laser pulse interaction with a waveguide target, Nucl.Fusion 39 (2019) 0066034.

論文鏈接:https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab1121

上述研究工作均得到國家重點研發計劃(2016YFA0401100)、科學挑戰計劃(TZ2016005)、國家自然科學基金、廣東省特色創新類項目、深圳市科創委項目、以及深圳技術大學高層次人才科研啟動經費等項目的資助與支持。

SZTU

SZTU招生辦

Contact Us

聯系方式:0755-23256054

招生熱線:0755-23256666


Address

地址:廣東省深圳市坪山區蘭田路3002號

Add:3002 Lantian Road, Pingshan District, Shenzhen Guangdong, China, 518118

米乐app下载 <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链>