[发明专利]一种激光加速离子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子加速技术领域，尤其涉及一种采用激光实现离子加速的方法。

背景技术

常规离子加速通常采用射频加速器技术来实现。然而以射频加速器为主体的离子加速设备体积庞大、造价昂贵、维护和运行费用不菲。现在已经投入运行的德国GSI和日本的HIMAC等大型离子加速设备的造价约为10亿欧元左右，我国兰州近物所的重离子加速器造价也在几亿人民币以上。利用超强激光的电磁场来加速离子，可以大大提高离子的加速梯度。现有采用激光实现加速离子的方法通常采用线偏振激光(E=EL(x)sin(ωLt)y^)]]>，且采用双层固体靶，即第一层为几个微米厚的重金属靶，第二层为含氢或者其他轻元素的有机粘附层，从金属靶中打出的电子可以加速第二层中的氢离子或其它较轻元素，其中，激光的能量将主要用于电子加热，由此产生的加速电场强度有限，从而得到的离子能量受到限制，而且束流品质差。目前，以现有超强激光的功率水平和技术，加速得到的离子能量低、束流能散大，束流通量低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光加速离子的方法，大幅度降低束流能散，提高离子束的品质。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的：

一种激光加速离子的方法，其步骤包括：采用圆偏振激光轰击单层靶，所述单层靶为含有待加速离子的薄膜。

所述激光的光强范围为10¹⁸～10²²w/cm²。

所述单层靶的厚度为0.001微米～10微米。

所述待加速离子为氢元素，包括氘、氚同位素，所述单层靶为含有氢元素的有机薄膜。

所述待加速离子为碳元素，所述单层靶为碳元素薄膜。

所述待加速离子为金属元素，所述单层靶为与待加速离子相应的金属薄膜。

所述单层靶放置在真空当中。

一种激光加速离子的方法，其步骤包括：采用圆偏振激光，轰击喷嘴喷射出的含有待加速离子的高密度气体(气体密度大于临界密度n_r＝1*10²¹个/cm³)。

所述高密度气体的电子归一化密度n_e/n_r＞1。

本发明有以下几个方面的优点：

本发明采用圆偏振激光，电子可以有效地将激光能量传递给靶中或气体中的离子，避免激光能量主要转化为电子的热能，而是把能量更有效地传递给离子。当圆偏振激光轰击单层靶时，靶中的电子将被光压整体推动并压缩到一个薄层内，此时电荷分离产生的电场拉动和加速靶中的离子。在此推拉加速过程中，离子可以同时得到加速和聚束，从而具有很低的能散。本发明运用射频直线加速器中(如RFQ加速器)的动力学优化方法，可以大大提高离子的加速梯度和有效加速长度，同时加速得到的束流品质可与常规射频加速器相比拟。这将大大降低离子加速设备的成本和运行维护费用。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步详细地说明：

图1圆偏振光(circular polarization)和线偏振光(linearpolarization)在等离子体中产生的电场；

图2a现有技术双层靶的示意图；图2b单层靶的示意图；其中，1为重金属靶，2为含待加速元素的单层靶；

图3和图4为本发明加速得到的离子能谱。

具体实施方式

下面参照本发明的附图，更详细的描述出本发明的最佳实施例。