加速器作為核科學中的核心儀器設備，對人類的生存發(fā)展和國家的地位與安全具有重要影響，成為衡量綜合國力的一項重要標志。激光等離子體相互作用產生的加速電場可以比常規(guī)加速器至少高出千倍以上，加速器的尺寸可以降低成千上萬倍，顯著降低所需要的空間、運行和維護成本。同時激光加速器產生的離子束具有能量高、脈沖短（皮秒量級）、尺寸小（微米）、方向性好等特點，具有很高的時間和空間分辨率。

 

在國家重大儀器專項、重大科學問題導向項目（973A）)、XXX專項和協(xié)同創(chuàng)新等項目的支持下，顏學慶教授、陳佳洱院士領導的北京大學激光加速器團隊攻克了高對比度與高光強激光技術、自支撐納米薄膜靶制備技術、超高流強離子束傳輸技術和激光加速器輻照研究平臺等關鍵技術，最終建成世界上首臺超小型激光加速器輻照裝置（如圖1所示），加速參數指標為1～15 MeV質子束，總流強106-8個粒子/發(fā)。2017年激光加速器裝置正式建成出束，并通過了同行專家的現場技術測試。實驗中利用能譜儀、RCF和CR39，確認加速產生了能量1-15 MeV 質子束（如圖2所示），在加速穩(wěn)定性測試實驗中，進行了5發(fā)連打測試，顯示質子截止能量的穩(wěn)定性好于3%（如圖3所示）。

 

激光加速直接產生的質子束通常具有較大的能散，束流能量和流強的穩(wěn)定性和可靠性可以通過基于電磁鐵束流傳輸系統(tǒng)進一步改進，從而提供日常運行所需要的可靠性、穩(wěn)定性和重復性。北京大學首次采用了基于電四極透鏡和分析磁鐵等高流強離子束流傳輸和分析系統(tǒng)，并開展了3-10 MeV能量可調的高流強、短脈沖質子束傳輸測試，穩(wěn)定地獲得了1%能散/1-10pC電量的質子束（均為國際最好指標）。

 

上述結果表明，該裝置可以像常規(guī)加速器一樣穩(wěn)定可靠地運行，首次實現了激光加速到加速加速器的跨越。未來激光加速器將可以廣泛用于先進光源、溫稠密物質產生、核醫(yī)學、空間輻射環(huán)境模擬、慣性約束聚變、國際熱核聚變堆等領域。

 

 

 

圖1 激光加速器裝置照片 

 

 

 

圖2 RCF膠片和CR39的探測結果

 

 

 

圖3 五發(fā)激光加速質子束能譜的疊加圖

 

 

圖4 束線測試與結果

 

 

 

圖5 專家現場測試驗收表