[发明专利]一种单能阿秒正电子串生成系统及其生成方法

权利要求书

1.一种单能阿秒正电子串生成系统，其特征在于：包括拉盖尔-高斯激光源、柱状带径向密度梯度的近临界密度靶、高斯激光源，所述拉盖尔-高斯激光源生成拉盖尔高斯激光经第一光学系统进入近临界密度靶，所述高斯激光源生成普通高斯激光经第二光学系统进入近临界密度靶，且进入近临界密度靶内的拉盖尔高斯激光与普通高斯激光互为对向。

2.根据权利要求1所述的一种单能阿秒正电子串生成系统，其特征在于：所述第一光学系统包括用于将拉盖尔-高斯激光源生成的拉盖尔高斯激光进行聚焦的凹面镜(101)，及用于将经凹面镜(101)聚焦后的拉盖尔高斯激光反射至近临界密度靶内的第一反射镜(102)；所述第二光学系统采用能够将普通高斯激光反射进入到近临界密度靶内的第二反射镜(111)。

3.根据权利要求1所述的一种单能阿秒正电子串生成系统，其特征在于：所述拉盖尔-高斯激光源生成拉盖尔高斯激光经第一光学系统沿近临界密度靶的轴心进入近临界密度靶。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种单能阿秒正电子串生成系统，其特征在于：所述近临界密度靶采用相对设置在第一光学系统和第二光学系统之间的光轴两侧的喷嘴A(106)和喷嘴B(107)生成，且近临界密度靶沿轴向密度分布为中间低两侧高。

5.根据权利要求1～3任一项所述的一种单能阿秒正电子串生成系统，其特征在于：在所述第二光学系统和近临界密度靶之间的光轴两侧还分别设置有由两块第二磁铁(108)所构成的第二磁铁系统和由第二正电子探测器(109)及第二负电子探测器(110)所构成的第二探测系统。

6.根据权利要求1～3任一项所述的一种单能阿秒正电子串生成系统，其特征在于：在所述第一光学系统和近临界密度靶之间的光轴两侧还分别设置有由两块第一磁铁(105)所构成的第一磁铁系统和由第一正电子探测器(103)及第一负电子探测器(104)所构成的第一探测系统。

7.根据权利要求1～3任一项所述的一种单能阿秒正电子串生成系统，其特征在于：所述拉盖尔高斯激光的激光强度为1.3～9.5×10²²W/cm²，能够聚焦至焦斑半径为3μm，波长为λ＝1μm，时间构型为高斯型，脉宽为12T₀，其中，T₀＝c/λ为激光周期，c为真空中的光速。

8.根据权利要求1～3任一项所述的一种单能阿秒正电子串生成系统，其特征在于：所述普通高斯激光，强度为3.2×10²²W/cm²，焦斑半径为5μm，波长为λ＝1μm，时间构型为高斯型，脉宽为10T₀；其中，T₀＝c/λ为激光周期，c为真空中的光速。

9.一种单能阿秒正电子串生成方法，基于如权利要求1～8任一项所述的一种单能阿秒正电子串生成系统实现，其特征在于：包括下述步骤：

1)拉盖尔高斯源生成拉盖尔高斯激光并入射进近临界密度靶内形成横向电磁场和纵向电磁场组成的高斯激光场，横向电磁场使得近临界密度靶中的电子形成串式结构，纵向电磁场将对串式结构的电子进行加速；

2)高斯激光源生成高斯激光从对向进入近临界密度靶与加速后串式结构的电子进行对撞，产生大量的高能伽马光子，后经由近临界密度靶形成非线性康普顿散射得到高能伽马光子串；

3)高能伽马光子串在近临界密度靶内与高斯激光场相互作用，通过多光子Breit-Wheeler过程，产生阿秒正电子串；

4)阿秒正电子串在随着拉盖尔高斯激光继续传播的过程中被纵向电磁场加速，并从高斯激光场中获得轨道角动量，最终形成单能阿秒电子串。

10.根据权利要求9所述的一种单能阿秒正电子串生成方法，其特征在于：所述单能阿秒电子串为具有轨道角动量的阿秒正电子串。