宽能谱激光驱动质子束的传输与均匀化

作者：朱军高; 卢海洋; 赵媛; 赖美福; 古永力; 徐世祥; 周沧涛

来源：科学通报, 2022, 67(34): 4092-4100.

DOI：10.1360/TB-2022-0380

• 激光加速
• 粒子束传输
• 粒子束应用
• 束流均匀化
• 弱聚焦磁场

激光加速器在几十年的发展中不断进步.激光等离子体作用产生的加速电场能够在微米尺度将质子加速到数十甚至百兆电子伏能量,有望成为新一代广泛应用的紧凑加速器.激光驱动质子束具有微米量级尺寸(点源)、安培量级的峰值电流、大能散、大散角等特点,具有广阔的应用前景.辐照应用要求质子束在较大面积上具有均匀分布剂量,因而需要在传输中完成从点源到较大面积、剂量均匀的质子束变换.为提高激光加速质子束的利用效率,要求传输的质子束能散范围尽可能大.而色差效应对大能散质子束的传输和均匀化提出了挑战.常梯度磁场的弱聚焦作用可以在水平和竖直方向同时聚焦,在水平方向分析能量;聚焦和能量分析一体化的光学特点能够实现消色差,或者显著降低色差的影响.本文研究了弱聚焦磁场用于大能散质子束传输和均匀化的特点和可行性,实现了20%能散质子束的均匀化传输.通过加入特殊的导向磁铁修正散角,减小色差效应在位置消色差中的影响,使得80%能散质子束传输后可保持较好的均匀性.对比质子束在强聚焦元件四极透镜中的传输,展示了弱聚焦磁场用于大能散质子束均匀化的优势.

• 单位
  深圳技术大学; 物理学院