近期，上海光學精密機械研究所激光科學與技術(shù)全國重點實驗室依托“羲和"激光裝置在中等對比度PW飛秒激光加速高能質(zhì)子束方面取得進展，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。

強激光驅(qū)動離子加速有望產(chǎn)生緊湊型、超快強流的離子源，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制（Target Normal Sheath Acceleration，TNSA）是研究泛的激光離子加速機制，相比于光壓加速等機制，TNSA機制的優(yōu)勢在于需要的實驗條件相對容易，產(chǎn)生的離子源參數(shù)比較穩(wěn)定?？紤]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TNSA有望獲得滿足應(yīng)用需求的離子束。

圖1 (a) 實驗布置示意圖，插圖是激光的納秒和皮秒對比度；(b)-(c) 不同對比度激光加速質(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)等離子體標長變化的模擬結(jié)果。

研究團隊利用不同對比度的、PW激光與微米靶相互作用，實驗發(fā)現(xiàn)TNSA機制下中等對比度激光可獲得更高能的質(zhì)子束。研究表明，靶前預(yù)等離子體能增強電子加速，進而提升質(zhì)子加速效果，而靶后預(yù)等離子體會弱化鞘層場，從而對質(zhì)子加速不利。對于中等對比度的激光而言，靶前預(yù)等離子體的標長足夠長可有效提高靶前電子加速，同時靶后預(yù)等離子體的標長也較短能降低靶后鞘層場的衰減，從而實現(xiàn)質(zhì)子加速效果。本研究將TNSA機制中預(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（B類）、國家自然科學基金委基礎(chǔ)科學中心、穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊和國家重點研發(fā)計劃青年科學家項目的支持。

參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng)

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