近期，上海光學(xué)精密機(jī)械研究所激光科學(xué)與技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托“羲和"激光裝置在中等對(duì)比度PW飛秒激光加速高能質(zhì)子束方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Effect of laser prepulse on proton acceleration driven by femtosecond intense lasers"為題，發(fā)表于High Power Laser Science and Engineering。

強(qiáng)激光驅(qū)動(dòng)離子加速有望產(chǎn)生緊湊型、超快強(qiáng)流的離子源，在腫瘤放療、質(zhì)子照相、同位素生產(chǎn)以及快點(diǎn)火聚變等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。靶后法線鞘層加速機(jī)制（Target Normal Sheath Acceleration，TNSA）是研究泛的激光離子加速機(jī)制，相比于光壓加速等機(jī)制，TNSA機(jī)制的優(yōu)勢(shì)在于需要的實(shí)驗(yàn)條件相對(duì)容易，產(chǎn)生的離子源參數(shù)比較穩(wěn)定。考慮到現(xiàn)如今數(shù)拍瓦飛秒激光裝置已建成，比如“羲和"激光裝置、ELI裝置，因此利用PW飛秒激光驅(qū)動(dòng)TNSA有望獲得滿足應(yīng)用需求的離子束。

圖1 (a) 實(shí)驗(yàn)布置示意圖，插圖是激光的納秒和皮秒對(duì)比度；(b)-(c) 不同對(duì)比度激光加速質(zhì)子結(jié)果：(b)質(zhì)子能譜，(c)不同靶厚的質(zhì)子截止能量；(d)-(e) 質(zhì)子截止能量和電子溫度隨靶前和靶后預(yù)等離子體標(biāo)長(zhǎng)變化的模擬結(jié)果。

研究團(tuán)隊(duì)利用不同對(duì)比度的、PW激光與微米靶相互作用，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TNSA機(jī)制下中等對(duì)比度激光可獲得更高能的質(zhì)子束。研究表明，靶前預(yù)等離子體能增強(qiáng)電子加速，進(jìn)而提升質(zhì)子加速效果，而靶后預(yù)等離子體會(huì)弱化鞘層場(chǎng)，從而對(duì)質(zhì)子加速不利。對(duì)于中等對(duì)比度的激光而言，靶前預(yù)等離子體的標(biāo)長(zhǎng)足夠長(zhǎng)可有效提高靶前電子加速，同時(shí)靶后預(yù)等離子體的標(biāo)長(zhǎng)也較短能降低靶后鞘層場(chǎng)的衰減，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)子加速效果。本研究將TNSA機(jī)制中預(yù)等離子體效應(yīng)拓展到更大的參數(shù)空間（數(shù)拍瓦，1021 W/cm2），對(duì)TNSA質(zhì)子源應(yīng)用具有重要意義。

該工作得到了先導(dǎo)專項(xiàng)（B類）、國家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心、穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年科學(xué)家項(xiàng)目的支持。

參考文獻(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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