高品质大电荷量的超短电子束产生研究

小型化的高品质大电荷量超短电子束源研究是目前加速器研究领域的一个热点，涉及到高能加速器的注入器、超短辐射源特性及相关物理、生物、化学等领域超快过程研究，具有非常重要的应用前景。利用超短超强激光与等离子体相互作用产生的超高加速梯度，可实现超短电子束源装置的小型化，受到了加速器技术研究和应用领域的广泛重视。本项目拟利用等离子体的纵向密度分布调变实现大电荷量电子的自注入，对此开展理论和实验研究。结合激光系统参数（包括聚焦光斑品质和对比度）的改善，在小型TW激光系统上开展激光等离子体驱动的高品质大电荷量超短电子束产生及实验等研究。利用项目所研究的这种高品质超短电子束，可直接作为Thomson散射装置或自由电子激光器的电子源，从而大幅度缩小新光源装置的规模，利用全光学方法回避精确同步的难点。

本项目进展顺利。在理论模拟方面针对包括密度调变在内的多种注入方式进行了大量的模拟研究，提出了一些优化束流品质的新方法。在激光系统方面，对实验室原有TW激光系统布局和运行条件进行了改进，系统测量了各运行参数，并有针对性地对时间对比度和聚焦光斑品质进行了优化。在激光加速实验方面，完成了各主要诊断系统（等离子体密度在线干涉测量、激光光斑扫描、电子能量及电荷量诊断等）的搭建和测试，并对基于超音速气体喷嘴的等离子体源结构进行了深入模拟研究及测试。在2012-2013年开展的两轮初步激光等离子体实验基础上，在2013年下半年开展了第三轮激光尾场电子加速实验，获得了高品质的10~40MeV加速电子束流。通过该项目的研究，对基于激光等离子体的新型加速器原理和技术有了深入了解，为该学科的深入研究和人才培养打下了很好的基础。同时在该项目研究基础上，已尝试开展基于电子束探针的等离子体尾场结构诊断研究以及相关的先进束流诊断方法研究。