[发明专利]一种基于靶后鞘层场的超快伽马射线脉宽探测装置

说明书

一种基于靶后鞘层场的超快伽马射线脉宽探测装置，包括主激光及其反射与聚焦镜组、射线产生系统、磁谱仪、转换靶、次级激光延时镜组、次级激光反射和聚焦镜组、薄膜靶、探测器。主激光与射线产生系统作用产生伽马射线，沿伽马射线的入射方向，依次放置所述的磁谱仪、转换靶和薄膜靶；次级激光沿垂直于伽马射线方向入射到薄膜靶上，产生靶后鞘层场。本发明将激光驱动产生的超快伽马射线通过康普顿散射转换为电子束，电子束通过靶后鞘层电场后发生偏转。调节靶后鞘层场形成的时间，根据偏转信息可以得到电子脉宽，进而得到伽马射线脉宽。该方法可用于测量轫致辐射、逆康普顿散射、回旋辐射等机制产生的伽马射线脉宽。

技术领域

本发明涉及超强激光及伽马射线的测量，具体是一种超强激光驱动产生的超快伽马射线的脉宽探测装置。

背景技术

最近几年，国内外的激光装置突破到PW后，逐渐推进到10拍瓦峰值功率甚至开展100W级激光装置的设想和建设。PW级激光经聚焦后得到相对论强度激光脉冲，可以加速产生几十MeV到数GeV的高能电子束。高能电子束可以通过轫致辐射、逆康普顿散射、回旋辐射等多种机制产生伽马射线；基于飞秒相对论超强激光产生的伽马射线源，其脉宽一般小于皮秒量级。

目前，基于超强激光的伽马射线源的脉冲宽度主要根据电子束的脉宽或者激光的脉宽推断，尚未被准确测量。先技术[1](Taira Y,Adachi M,Zen H,et al.Pulse widthmeasurement of laser Compton scattered gamma rays in picosecond range[J].Nuclear InstrumentsMethods in Physics Research Section A-acceleratorsSpectrometers Detectors and Associated Equipment,2012:233-237.)采用切伦科夫辐射测量伽马射线脉宽，受限于探测器的时间分辨率，一般只能到数皮秒；若探测器采用飞秒条纹相机可以测得亚皮秒量级脉宽，但无法实现小于数百飞秒的脉宽探测，且成本较高。先技术[2](202011239600.5)通过探测渡越辐射的频谱推出散射电子束的脉宽，进而得到伽马射线的脉宽。该技术需要覆盖可见光到THz波段的光谱仪，可以实现小于皮秒的脉宽探测。先技术[3](Shi Y,Shen B,Zhang X,et al.Ultra-bright,ultra-broadband hard x-ray driven by laser-produced energetic electron beams[J].Physics of Plasmas,2013,20(9):3102.)给出了靶后鞘层电场模型以及电子在靶后鞘层场的运动方程，可以进一步推得电子偏转角度和运动轨迹。

发明内容

本发明的目的在于克服在上述现有测量技术的不足，提出一种基于靶后鞘层场的超快伽马射线脉宽探测装置，实现超快伽马射线的脉宽测量，脉宽测量范围可以从飞秒到大于皮秒。该发明可以实现超快伽马射线脉宽的精确测量，且动态范围大，使用灵活。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于靶后鞘层场的超快伽马射线脉宽探测装置，其特点在于，包括入射激光、分束镜、主激光反射与聚焦镜组、射线产生系统、磁谱仪、转换靶、次级激光延时镜组、次级激光反射和聚焦镜组、薄膜靶和探测器。

所述的入射激光经过分束镜后分为主激光和次级激光，所述的主激光经过所述的主激光反射与聚焦镜组聚焦到射线产生系统产生超快伽马射线，沿该伽马射线的前进方向依次设置有所述的磁谱仪、转换靶和薄膜靶，所述的伽马射线经过所述的转换靶通过康普顿散射产生散射电子束；所述的次级激光经过所述的次级激光延时镜组、次级激光反射和聚焦镜组后，垂直于所述伽马射线的方向入射到薄膜靶上，产生靶后鞘层场，使所述的散射电子束偏转，入射到所述的探测器上。

所述的靶后鞘层电场存在时间较短，一般小于散射电子束的脉宽，在鞘层电场形成期间，散射电子中部分电子到达薄膜靶后，会在靶后鞘层电场作用下偏转，并被探测器记录。