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撫生試劑-物理所等單位專家發現質子加速新機制
閱讀：318 發布時間：2013-12-20物理所等單位專家發現質子加速新機制
zui近，中科院物理所研究員盛政明與北京大學教師顏學慶等人合作，發現了一種新的質子加速機制——穩相加速。該工作發表在近期出版的Physical Review Letters 100, 135003 (2008)上。
超短強激光脈沖與物質相互作用可以產生*的加速梯度，由此可以把其中的帶電粒子(包括電子和離子)在厘米量級或者更短距離內加速到百兆(100MeV)甚至千兆電子伏(GeV)的能量，實現臺面緊湊型粒子加速。這對于很多應用具有重要價值，譬如強流高能質子可以驅動新型“快點火"核聚變、產生高能量密度物質狀態、超快成像、腫瘤治療、醫療同位素產生等。因此，利用超短*激光與物質相互作用產生高能質子束成為近年來強場物理研究的熱點。超短*激光與薄膜固體靶作用是產生高能質子的有效手段，其主要的物理機制是出現在靶后表面的所謂靶面鞘層加速，該鞘層場是激光在靶前表面產生的大量高能電子穿過靶后產生的。大量實驗表明，通過該機制產生的質子束能譜很寬，能量很低，且效率不高。這些特點限制了激光質子源的實用性。
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，當靶的厚度小于某臨界值時(該臨界厚度取決于入射激光強度、靶密度和入射激光波長)，就會形成穩相加速。穩相加速存在于整個激光脈沖作用期間，在此過程質子束的能量不斷提高，同時在縱向空間產生聚束，由此產生方向性好，能量單色性好的高能質子束。在穩相加速過程，電子被激光推進的前向速度與質子幾乎一致，極大減小了庫侖場對質子束傳輸過程造成的相空間擴散，有利于獲得高質量強流質子束。和前面提到靶面鞘層加速機制相比，穩相加速產生的質子束具有能量高、效率高、單色性好等優點。這為將來的臺面加速器提供了一種可能的方案。
該項目得到國家自然科學基金委、國家高技術慣性約束核聚變主題和國家基礎研究計劃(“973"項目)的資助。