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密度调制等离子体中激光尾波场加速器产生的硬X射线
摘要： 激光等离子体加速器产生的电子感应加速器X射线源在毫米尺度上重现了同步辐射原理。该光源兼具紧凑性、飞秒脉冲时长、宽光谱范围及微米级源尺寸等优势。然而采用太瓦级飞秒激光产生时，其能量与通量尚不足以媲美同步辐射源，从而限制了其推广应用及潜在应用场景。本研究提出一种无需增加激光能量即可提升电子感应加速器源能量与通量的简易方法：通过密度裁剪等离子体调控辐射相对论电子的轨道运动，使该光源的能量转换效率提升超过一个数量级。
关键词： 激光等离子体加速器、同步辐射、电子感应加速器X射线源、密度定制等离子体
更新于2025-09-23 15:19:57
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EuPRAXIA设施中的自由电子激光性能
摘要： 在过去90年里，粒子加速器已发展成为基础研究、工业、医学和科学领域中强大且广泛应用的工具。一种利用等离子体尾波场的新式加速器有望实现每米数十亿电子伏特的加速梯度，这将催生体积更小的加速器，适用于各类基础与应用研究。其中一个目标应用是等离子体驱动的自由电子激光器（FEL），其通过电子在波荡器的周期性磁场中运行来产生可调谐相干光。本研究分析了EuPRAXIA框架下设计的具有最优特性的等离子体电子束在自由电子激光性能方面的表现。
关键词： 自由电子激光器、波荡器磁铁、激光等离子体加速器
更新于2025-09-23 15:19:57
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为防扩散应用分析对单能光子源进行屏蔽
摘要： 近单能光子源在应对防扩散挑战时，相比宽带轫致辐射源具有显著优势。激光等离子体加速器能以紧凑结构提供多兆电子伏汤姆逊光源所需的电子能量。由于这些电子能量高达约0.5吉电子伏，在束流线末端泄放时会产生大量高能光子和中子。这一特性导致短期内难以开展实验来验证此类光子源在防扩散应用中的优势——直至开发出有效的电子减速方法。为降低实验室测量中的本底粒子干扰，我们设计了束流吸收体与次级准直系统。当本底通量降至最低实用水平后，将其与铅靶上预期产生的源光子束通量进行对比。该模拟通过预测被测高Z材料（作为特殊核材料的替代物）离轴测量通量，复现了防扩散应用场景。背景抑制技术也拓展应用于移动式检测场景。这些方法既能验证近单能光子源的防扩散应用价值，也为未来实地部署奠定基础。
关键词： 光核反应、主动探询、激光等离子体加速器、防扩散、单能光子源
更新于2025-09-23 22:21:47
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激光等离子体加速器驱动的光核反应产生高效中子源
摘要： 我们通过等离子体通道中自演化激光脉冲（3焦耳，30飞秒）引发的自注入效应，在氦气中实验性地演示了产生电荷量约200皮库仑、发散角约7毫弧度、最大能量约320兆电子伏特的电子束。基于实验获得的电子束参数，采用蒙特卡罗模拟程序Geant4对高产额中子转换器的厚度进行了优化。模拟结果表明：使用5厘米厚的铅转换器时，模拟中子产额可达10^7量级，对应能量范围约为100千电子伏特至1兆电子伏特。本工作中采用四个气泡探测器检测中子，测得中子产额为3.2×10^7/发且呈各向同性分布。此外，中子产生效率约为1.1×10^7/焦耳——据我们所知，该数值在同等激光能量条件下较其他激光中子产生方法具有最高效率。这种激光驱动的脉冲中子源可应用于中子吸收谱学、材料科学及核物理等多个领域。
关键词： 激光等离子体加速器、快中子、光核反应
更新于2025-09-19 17:13:59
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超高斯激光束聚焦驱动的激光尾波场加速器
摘要： 激光尾波场加速器近期的快速发展表明，这些装置有望成为传统电子加速器的紧凑且经济实惠的替代方案。后者配备射频腔体时，由于腔壁击穿效应[1]，其电场梯度值低于100兆伏/米。相比之下，激光尾波场加速器可实现约千倍更高的梯度[2]。因此，要获得数百兆电子伏甚至吉电子伏量级的电子束团，所需的加速长度大幅缩短。
关键词： 粒子模拟方法、超高斯光束、电子注入、激光尾波场加速、激光等离子体加速器
更新于2025-09-16 10:30:52
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激光等离子体加速器产生的极化质子束
摘要： 我们报道了一种创新性激光驱动等离子体加速器的概念，该加速器可产生动能高达数GeV的极化质子（或氘核）束流。为模拟等离子体中粒子自旋的运动，我们已在粒子模拟程序VLPL中将其作为额外自由度进行建模。实验方面，正在建造极化HCl气体射流靶，其中质子极化度将通过兰姆位移偏振仪测定。最终实验将在上海光机所10拍瓦激光系统SULF上进行，旨在首次观测激光产生等离子体中的极化粒子束流。
关键词： 激光等离子体加速器、粒子模拟、极化质子束
更新于2025-09-16 10:30:52
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双色相对论飞秒激光脉冲驱动的激光等离子体加速器
摘要： 典型的激光等离子体加速器（LPA）由太瓦级或拍瓦级激光器产生的单束超相对论激光脉冲驱动。近期已有理论研究探讨双色共传播激光脉冲（CTLP）在LPA中的应用。我们首次实现了由CTLP驱动的LPA实验，并观测到显著的电子能量增强效应。该成果在实际应用中得到进一步验证——当这些电子用于基于轫致辐射的正电子产生装置时，正电子能量也获得大幅提升。数值模拟表明：当前导基频脉冲在等离子体中耗尽后，后续二次谐波相对论激光脉冲能将加速结构维持更长的传输距离。本研究证实了双色脉冲驱动LPA的优势，为LPA小型化铺平道路，使其在科技领域的潜在应用变得极具吸引力且经济可行。
关键词： 正电子产生、电子能量增强、激光等离子体加速器、双色激光脉冲、数值模拟
更新于2025-09-12 10:27:22
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来自传输激光等离子体加速电子束的可调谐高空间-光谱纯度波荡器辐射
摘要： 基于波荡器的同步辐射光源和自由电子激光器（FELs）是具有高时空分辨率的先进物质探测手段。激光等离子体加速器（LPAs）能在数厘米内产生GeV级电子束，是未来紧凑型光源的有力候选者。然而其存在的大能散、发散角及逐束团波动等问题，需要通过特定传输线对电子束相空间进行调控，才能获得适用于用户需求的超短波荡器同步辐射，甚至实现自由电子激光放大。现有基于LPAs的原理验证性波荡器辐射研究（即使采用强电子聚焦或传输方案）尚未展现完整的特征辐射特性。我们报道了在具有多功能特性的专用传输线中，通过LPA束流操控实现波荡器辐射的成果。在证实特定时空-光谱特征后，通过调节电子束能量和波荡器磁场，将谐振波长控制在200-300纳米范围内，实现2.6%的波长稳定性。研究表明，通过压缩波荡器弯转磁铁内的能散范围，可有效控制时空-光谱纯度与光谱亮度。此外，我们还观测到了波荡器产生的二次谐波辐射。
关键词： 波荡器辐射，二次谐波发射，激光等离子体加速器，自由电子激光器，光谱亮度
更新于2025-09-12 10:27:22
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激光等离子体加速器中横向不对称性导致的激光与电子偏转
摘要： 我们报道了激光等离子体加速器（LPA）中激光脉冲和加速电子因激光脉冲前沿倾斜与横向密度梯度效应产生的偏转现象。等离子体折射率的非对称性会导致激光转向，这可能源于密度梯度或激光脉冲的时空耦合。来自畸变等离子体波的横向力也会引起电子相对于激光的偏转。我们为激光和电子的转向分别建立了定量模型，并通过粒子模拟予以验证。利用BELLA拍瓦激光器开展的实验表明：激光脉冲前沿倾斜可产生0.1-1毫弧度的可控激光与电子束偏转。该成果在电子束指向控制方面具有重要应用价值，这对LPA应用至关重要。
关键词： 电子偏转、横向密度梯度、激光等离子体加速器、激光转向、脉冲前沿倾斜
更新于2025-09-12 10:27:22