9月18日，中科院上海光機(jī)所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐至展院士、李儒新研究員帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)，在超強(qiáng)超短激光驅(qū)動尾波場加速產(chǎn)生高亮度高品質(zhì)電子束研究中取得突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)提出了級聯(lián)尾波場加速新方案，突破了激光尾波場加速中能散度難以壓縮等重大技術(shù)瓶頸，實(shí)驗(yàn)獲得了高亮度高品質(zhì)(200-600 MeV、能散0.4-1.2%、流強(qiáng)1-8 kA、發(fā)散角～0.2 rms mrad)的高能電子束，電子束六維相空間亮度達(dá)到1015-16A/m2/0.1%，遠(yuǎn)高于目前國際上報(bào)道的同類研究結(jié)果，在國際上首次接近了最先進(jìn)的直線加速器上所能獲得的電子束亮度。

　　相關(guān)研究成果于9月16日在線發(fā)表于《物理評論快報(bào)》，上述論文被該國際物理學(xué)領(lǐng)域頂尖刊物優(yōu)選(Editors’ Suggestion)為亮點(diǎn)論文(Highlighted Articles)發(fā)表。

　　發(fā)展小型化、低成本激光粒子加速器是科學(xué)家們一直夢寐以求的目標(biāo)。超強(qiáng)超短激光驅(qū)動的尾波場電子加速器具有比傳統(tǒng)的射頻加速器高出三個(gè)量級以上的超高加速梯度，為實(shí)現(xiàn)小型化的高能粒子加速器等提供了全新技術(shù)途徑，對未來的同步輻射裝置、自由電子激光以及高能物理研究等也將帶來深遠(yuǎn)的影響。近十年來，激光尾波場電子加速研究已經(jīng)取得許多重要進(jìn)展，但是在產(chǎn)生高品質(zhì)電子束方面還面臨諸多難題和挑戰(zhàn)，例如能散度壓縮與穩(wěn)定性提高等，使其在應(yīng)用方面的研究受到限制。

　　近年來上海光機(jī)所該研究團(tuán)隊(duì)在激光尾波場電子加速方向開展了獨(dú)具特色的研究，國際上首次成功實(shí)現(xiàn)級聯(lián)雙尾波場準(zhǔn)單能高能電子加速方案，實(shí)驗(yàn)獲得了GeV級準(zhǔn)單能電子束等重要研究成果。在本項(xiàng)研究中又創(chuàng)新地設(shè)計(jì)了級聯(lián)尾波場加速新方案，通過在兩段級聯(lián)的等離子體之間引入一段高密度等離子體，控制電子束的穩(wěn)相加速及能量啁啾反轉(zhuǎn)和能散度壓縮，克服了單級尾波場加速方案中能散度無法獨(dú)立控制的技術(shù)瓶頸，實(shí)驗(yàn)獲得了高品質(zhì)(200-600 MeV、能散0.4-1.2%、流強(qiáng)1-8 kA、發(fā)散角～0.2 rms mrad)的高能電子束。電子束各項(xiàng)重要性能指標(biāo)的全面提升，使得電子束最高的六維相空間亮度達(dá)到6.5×1015A/m2/0.1%，遠(yuǎn)高于目前國際上報(bào)道的同類研究結(jié)果，也是激光電子加速在國際上首次接近了最先進(jìn)的直線加速器所能獲得的電子束亮度。三維粒子模擬也揭示，該級聯(lián)加速新方案能夠有效的抑制電子的二次注入，實(shí)現(xiàn)電子束的穩(wěn)相加速，并通過控制電子束的能量啁啾和壓縮能散度獲得低能散度、低發(fā)散角及高流強(qiáng)的高亮度高品質(zhì)電子束。

　　評審專家對該研究結(jié)果給予了高度評價(jià)：“該亮度是迄今激光尾波場加速器實(shí)現(xiàn)的最高紀(jì)錄”;“相比于以前的方案，該方案通過高密度區(qū)，恰當(dāng)?shù)夭倏亓俗宰⑷腚娮邮淖⑷胛幌?..并且電子束的能量啁啾在加速過程中能夠得到補(bǔ)償...是一個(gè)新的方案，在產(chǎn)生數(shù)百M(fèi)eV具有千分之一級相對能散并高電荷量的高品質(zhì)、高亮度電子束方面取得了重大進(jìn)展...”;“利用優(yōu)化結(jié)構(gòu)的密度分布產(chǎn)生了200-600 MeV的具有低能散度、低發(fā)散角的電子束...提出的新方法實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的電子束流品質(zhì)”。

　　據(jù)悉，利用該方案獲得的高亮度高能電子束應(yīng)用于逆康普頓散射伽馬射線源產(chǎn)生方面也獲得了突破。利用該電子束與超強(qiáng)超短激光對撞產(chǎn)生了超高亮度準(zhǔn)單色MeV 量級伽馬射線源，其最高峰值亮度達(dá)3×1022 photons s-1 mm-2 mrad-2 0.1%BW，與國際上報(bào)道的同類伽馬射線源亮度相比高出一個(gè)量級以上，比傳統(tǒng)伽馬射線源同能區(qū)的峰值亮度提高了10萬倍。目前，該研究團(tuán)隊(duì)正在開展小型化全光自由電子激光裝置的研制工作。利用該級聯(lián)尾波場加速新方案成功產(chǎn)生的高亮度高能電子束，將會顯著促進(jìn)小型化自由電子激光等重要領(lǐng)域的研究進(jìn)程。