飞秒超强激光驱动产生高通量超快伽马射线源及应用

The high-energy electron beam generated by the femtosecond super-intense laser can generate gamma-ray source through various mechanisms such as bremsstrahlung and inverse Compton scattering. The laser-driven gamma-ray source has ultrafast and high-brightness characteristics. It has important applications in radiography, production of ultrafast positron source, production of medical isotopes, generation of ultrashort neutron source, transmutation of radioactive nuclear materials and so on. However, there is still a large gap between the quality of the gamma ray sources and practical applications. This project will study the generation of laser-driven high quality gamma ray sources and its applications based on our existing work. The topics include: 1) Obtain high-flux ultrafast gamma-ray source based on high-density gas target, 2) Study high-density object radiography imaging and image reconstruction based on ultrafast gamma-ray source, 3) Study the generation of ultrashort neutron source and medical radioisotopes based on ultrafast gamma-ray source. The research on these subjects will not only contribute to improve the quality of ultrafast gamma-ray source and gamma-ray detection technology, but also be conducive to promote its applications in many fields.

飞秒超强激光加速产生的高能电子束可以通过轫致辐射、逆康普顿散射等多种机制产生伽马射线，激光驱动产生的伽马射线源具有超快、高亮度等特点，其将在成像、正电子产生、放射性同位素产生、光核中子产生、核废料处理等方面具有重要的应用价值。然而伽马射线源的产额、能量、密度等品质与实际应用需求仍有较大差距。本项目将结合我们现有的工作基础，研究相对论飞秒激光驱动产生高品质伽马射线源及应用。本项目的研究内容有：1.基于高密度气体靶优化产生高通量超快伽马射线源。2.开展超快伽马射线源用于高密度物体辐照成像实验研究。3.开展超快伽马射线源在中子源和医用放射性同位素产生方面的研究。开展这些研究不仅有助于改善激光驱动产生的超快伽马射线的品质，改进超快伽马射线探测技术，而且有望推动其在众多领域的应用。

超强激光加速产生的高能电子束可以通过轫致辐射、逆康普顿散射等多种机制产生伽马射线，激光驱动产生的伽马射线源具有超快、高亮度等特点，其将在成像、正电子产生、放射性同位素产生、光核中子产生、核废料处理等方面具有重要的应用价值。然而伽马射线源的产额、能量、密度等品质与实际应用需求仍有较大差距。本项目结合我们现有的工作基础，研究相对论激光驱动产生高品质伽马射线源及应用。本项目有以下主要进展：1）利用强激光装置，基于超强激光脉冲与气体靶相互作用的加速产生能量数十MeV、总电荷量为26nC、发散角1.51°的电子束，并进一步产生截止能量大于16MeV、光子数2.2×10^11、发散角7.7°的高通量准直伽马射线源，并利用该射线源开展了成像和中子产生研究；2）利用飞秒强激光与微通道靶相互作用，在实验上实现了高通量伽马射线的产生，并模拟确认了微通道靶可以用于进一步产生更高通量伽马射线源；3）为了保证实验上伽马射线探测的准确性，研究了多种伽马射线诊断装置，设计加工完成了渐变磁场伽马射线能谱仪，在实验上实现伽马射线能谱的较精确探测；4）利用飞秒强激光与微米靶相互作用产生的高能质子源，获得中子源和PET医用同位素。