美激光等離子加速器輸出高質(zhì)量高能電子束

激光等離子加速器（LAPs）因其加速空腔的長(zhǎng)度可用厘米而不是公里（千米）來計(jì)量而被稱為“桌面加速器”。近年來，由于技術(shù)的迅速發(fā)展，科學(xué)家有望開發(fā)出新型實(shí)用的激光等離子加速器。與當(dāng)今傳統(tǒng)的加速器相比，激光等離子加速器不僅造價(jià)十分低廉，而且對(duì)土地和環(huán)境的影響要小得多。

“體形”差異甚大
激光等離子加速器的研究已有多年，并取得了可喜的進(jìn)展。2004年，美國(guó)能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室激光和光學(xué)加速器系統(tǒng)綜合研究項(xiàng)目的科學(xué)家，向人們展示了具有窄發(fā)散能量的激光等離子加速器電子束；2006年，他們將電子能量提高到0億電子伏特。

常規(guī)的帶電粒子（如電子）加速器有多段真空金屬腔連接而成，外加給空腔的振蕩電磁場(chǎng)讓帶電粒子被束縛在空腔內(nèi)逐級(jí)加速，導(dǎo)致帶電粒子被加速的主要因素是磁場(chǎng)加速梯度，它用每米多少伏特來表示。通常，輸出的帶電粒子能量越高，加速器的長(zhǎng)度就會(huì)越長(zhǎng)，因而加速器的長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)公里。

激光等離子加速器則不同。激光和光學(xué)加速器系統(tǒng)綜合研究項(xiàng)目的科學(xué)家的能夠產(chǎn)生0億電子伏特電子束的激光等離子加速器能夠放在手掌上，其長(zhǎng)度只有3.3厘米。當(dāng)強(qiáng)激光器將脈沖聚焦到加速器內(nèi)的自由電子和正離子時(shí)，其輻射壓導(dǎo)致電子和離子分離，產(chǎn)生出高強(qiáng)度的加速梯度。部分電子尾隨在激光脈沖后面，有些幾乎在同時(shí)達(dá)到了近光速的速度。在短距離內(nèi)，激光等離子加速器能夠維持每米數(shù)千億伏特的加速梯度，常規(guī)加速器無法與此相比。

特性測(cè)量困難
然而，激光等離子加速器*的電子加速方法和產(chǎn)生飛秒量級(jí)的電子脈沖給測(cè)量技術(shù)帶來了難題，人們一時(shí)無法測(cè)量激光等離子加速器產(chǎn)生的高能電子束的質(zhì)量。

現(xiàn)在，測(cè)量難題正在被逐步解開，這歸功于勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室加速器和聚變研究分部科學(xué)家維姆·李曼斯領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)。李曼斯是激光和光學(xué)加速器系統(tǒng)綜合研究項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，他所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)擁有理論學(xué)家、計(jì)算機(jī)模擬專家和的實(shí)驗(yàn)人員，他們不斷改進(jìn)激光等離子加速器的性能。在研究隊(duì)伍中，不少學(xué)生為研究作出了重要的貢獻(xiàn)，并獲得了博士學(xué)位。例如，法國(guó)某綜合工科院校的研究生吉拉姆·普拉圖，他曾在項(xiàng)目中研究與激光等離子加速器產(chǎn)生的X射線相關(guān)的輻射，并將其作為自己博士論文的一部分，目前他在加州大學(xué)做博士后研究。