中科院高能所在電子束品質提升方面獲重要進展

超短超強激光脈沖可以在等離子體中激發梯度超過100 GV/m的加速電場，這比傳統金屬射頻腔可以提供的加速電場高了1000倍以上，有望大幅縮小加速器規模，使桌面型粒子源/輻射源成為現實。目前，激光等離子體加速所采用的主流注入機制（如自注入，離化注入，碰撞光注入等）無法兼顧被加速束團電荷量、能散和發射度等參數，很難讓它們同時得到優化。近日，李大章、曾明特聘青年研究員帶領的加速器中心新加速原理研究團隊提出一種新型注入機制，利用兩束同軸激光干涉形成的多殼層空泡結構的演化，俘獲背景等離子體中的電子。模擬結果顯示，在此種注入機制下，有望利用200 TW量級激光器，產生中心能量750 MeV，能散0.4%，電荷量150 pC，歸一化發射度0.2 mm mrad的高品質電子束。此結果已在近期發表在《Matter and Radiation at Extreme》雜志上。

當一束波前曲率迅速變化的緊聚焦激光脈沖與一束波前平坦的大光斑激光脈沖同軸同向傳播時，兩束光會發生干涉，并在等離子體中形成洋蔥狀的周期性多殼層空泡結構（如圖a所示）。隨著兩束光繼續向前傳播，空泡將在橫向發生膨脹，電子回流時間變長，從而引起空泡結構的縱向拉伸，最終導致尾場相速度降低。此時等離子體背景電子將有機會被尾場俘獲并加速。在此種注入機制下，較長的注入長度保證了較大的電荷量，空泡縱向膨脹誘導的注入減弱了束流的相混合，空泡尾部殼層的散焦力降低了電子被俘獲時的橫向動量。因此，此注入機制可兼具高電荷量，低能散和小發射度的優點（如圖b，圖c所示）。