从激光加速走向激光加速器——北大1%能散激光加速器辐照装配建成出束

加速器作为核科学中的核心仪器设备，对人类的生存发展和国家的地位与安全具有紧张影响，成为衡量综合国力的一项紧张标志。激光等离子体相互作用产生的加速电场可以比常规加速器至少高出千倍以上，加速器的尺寸可以降低成千上万倍，明显降低所必要的空间、运行和维护成本。同时激光加速器产生的离子束具有能量高、脉冲短（皮秒量级）、尺寸小（微米）、方向性好等特点，具有很高的时间和空间分辨率。

在国家庞大仪器专项、庞大科学题目导向项目（973A）)、XXX专项和协同创新等项目的支撑下，颜学庆教授、陈佳洱院士向导的北京大学激光加速器团队攻克了高对比度与高光强激光技术、自支持纳米薄膜靶制备技术、超高流强离子束传输技术和激光加速器辐照研究平台等关键技术，最终建成世界上首台超小型激光加速器辐照装配（如图1所示），加速参数指标为1～15 MeV质子束，总流强10^6-8个粒子/发。2017年激光加速器装配正式建成出束，并通过了偕行专家的现场技术测试。实验中行使能谱仪、RCF和CR39，确认加速产生了能量1-15 MeV 质子束（如图2所示），在加速稳固性测试实验中，进行了5发连打测试，表现质子截止能量的稳固性好于3%（如图3所示）。

激光加速直接产生的质子束通常具有较大的能散，束流能量和流强的稳固性和可靠性可以通过基于电磁铁束流传输体系进一步改动，从而提供日常运行所必要的可靠性、稳固性和重复性。北京大学首次采用了基于电四极透镜和分析磁铁等高流强离子束流传输和分析体系，并开展了3-10 MeV能量可调的高流强、短脉冲质子束传输测试，稳固地获得了1%能散/1-10pC电量的质子束（均为国际最好指标）。

上述效果注解，该装配可以像常规加速器一样稳固可靠地运行，首次实现了激光加速到加速加速器的跨越。将来激光加速器将可以广泛用于先辈光源、温稠密物质产生、核医学、空间辐射环境模仿、惯性束缚聚变、国际热核聚变堆等领域。

图1 激光加速器装配照片

图2 RCF胶片和CR39的探测效果

图3 五发激光加速质子束能谱的叠加图

图4 束线测试与效果

编辑：安宁