激光等離子加速比任何常規(guī)電子加速器的占地面積更小和峰值電流更高，有可能將是下一代緊湊型光源的基礎(chǔ)。為了使激光等離子體加速實(shí)用于未來的應(yīng)用，研究人員開發(fā)了一種增加光束穩(wěn)定性和質(zhì)量的方法。 研究人員已經(jīng)表明，為了產(chǎn)生具有小能量傳播的高電荷束，激光等離子體加速器必須在最佳負(fù)載條件下運(yùn)行。

電子加速器是不可或缺的研究工具; 然而，即使這些最小版本的超級(jí)顯微鏡也可以是足球場(chǎng)般大小。 如果能創(chuàng)建穩(wěn)定可靠的電子束，激光加速器可以縮小一些。

據(jù)赫爾姆霍茲中心德累斯頓 - 羅森多夫（HZDR）的研究人員稱，將這些加速器縮放至納庫侖范圍可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)百千安普峰值電流，并刺激下一代涵蓋高場(chǎng)太赫茲、高亮度x射線和γ的輻射源 射線源、緊密的自由電子激光器和實(shí)驗(yàn)室尺寸的光束驅(qū)動(dòng)等離子體加速器。 然而，產(chǎn)生這種電流的加速器在波束加載狀態(tài)下工作，其中加速電場(chǎng)被注入的束的自場(chǎng)強(qiáng)烈修改，這可能會(huì)使關(guān)鍵光束參數(shù)惡化。

在所謂的靶室中，高性能激光DRACO的光脈沖擊中氣體噴射。 目的是在短于鉛筆寬度的距離上將電子幾乎加速到光速。 圖片由HZDR / F。Bierstedt提供。

研究員Jurjen Pieter Couperus說：“這些較高的電流產(chǎn)生足夠強(qiáng)的電自場(chǎng)，以疊加和干擾激光驅(qū)動(dòng)的波，從而扭曲波束。捆綁被拉伸，沒有正確加速。 因此電子具有不同的能量和質(zhì)量水平。"

為了對(duì)多個(gè)正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)都有用，每個(gè)波束必須具有相同的參數(shù)。

“電子必須在正確的時(shí)間出現(xiàn)在正確的地方，”Couperus說。

研究人員證實(shí)，如果采用適當(dāng)?shù)目刂品绞?，可以使用束流?fù)載效應(yīng)來提高加速器的性能。 自截?cái)嚯婋x注入能夠在單能峰內(nèi)加載大約0.5納侖的電荷。

隨著能量達(dá)到平衡，研究人員表明，加速器可以在理論上預(yù)測(cè)的最佳載荷條件下運(yùn)行，并且最終的能量分散可以最小化。

“在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)負(fù)載約為300 picocoulomb的時(shí)候條件是理想的。“ 研究人員Arie Irman表示，“如果我們向波浪添加更多或更少的電子，則會(huì)導(dǎo)致更廣泛的能量分散，這會(huì)損害光束質(zhì)量。”

根據(jù)團(tuán)隊(duì)的計(jì)算，在理想條件下的實(shí)驗(yàn)將產(chǎn)生約50千安的峰值電流。

“更簡單來說，大約只有0.6千安流過德國高鐵的架空線路。”Couperus說道。

Couperus對(duì)他們團(tuán)隊(duì)打破自己的記錄很有信心，他說：“把我們的研究結(jié)果和激光脈沖運(yùn)用在我們的高強(qiáng)度激光DRACO可以達(dá)到的佩塔瓦范圍內(nèi)，我們應(yīng)該能夠生成峰值電流為150千安的高質(zhì)量電流束，這將超過現(xiàn)代大型研究加速器大約兩個(gè)數(shù)量級(jí)”。

研究人員認(rèn)為，這樣的成就將為下一代緊湊型輻射源鋪平前方的道路。


翻譯/Nick
Source: www.photonics.com