[发明专利]大功率连续辐射伽马激光器

说明书

一种大功率连续辐射伽马激光器，属物理仪器、能源、军工领域。其特征是，在自由电子激光器中，在与电子束相反的方向上，对着电子束输入高功率普通激光，入射电子束的速度和入射的激光的波长要满足(1)‑(2)式；对于大功率伽马激光器，入射电子的数密度ρ_e满足ρ_e≥ρ_e0，ρ_e0满足(6)式；电子束通过的管道是圆筒形的，不仅仅分布有周期排列的扭摆磁铁，而且与电源正极相连。这种激光器能够更容易地实现可控核聚变，解决能源问题；在科研、工业和兵器领域有重要的不可代替的作用。

技术领域：本发明属物理仪器、能源、军工领域。

背景技术：伽马(γ)射线是指波长短于0.2埃(2×10^-11m)的电磁波。γ射线的波长比X射线还要短，因此很难产生，γ激光就更难产生。在理论上，传统自由电子激光器可以产生γ激光，但实际上很难做到。例如，自放大自发辐射(Self Amplified SpontaneousEmission，SASE)自由电子激光器在高频时，其频率和功率涨落很大，相干性不好；高增益高次谐波放大(High Gain High Harmonic Generation，HGHG)自由电子激光器，由于其种子激光频率受限，很难实现γ激光。为得到X激光，SASE激光器采用自种子方案，HGHG可以采用级联HGHG激光器，但新的问题(例如，设备复杂庞大)又出现了。因此，迄今没有大功率连续辐射伽马激光器。

γ射线激光器是很重要的。对于科学研究，有不可代替的重要作用。例如，单光子50MeV以上的γ射线激光可以用来识别原子核结构。由此，人们对于物质结构就能有更深刻的认识；如果大功率连续辐射γ射线激光器能被制造出来，就可以更容易地实现可控核聚变，这样能源问题就可以解决。此外，在工业、医疗、国防领域都有极其重要的作用。因此，研究制作γ射线激光是极其必要的。

基于低温等离子体的特征，我们提出了一种伽马激光器(I型)。这种伽马激光器的波长不是可调的。

本发明提出一种大功率连续辐射伽马激光器的制作方案，其波长是可调的，功率可以更大。

发明内容：这种激光器是在传统自由电子激光器基础上发展而来.在传统自由电子激光器中，严格周期排列的扭摆磁铁和高能电子束是必要的，也是各种自由电子激光器的共同特点，本发明也具有这两个特征。有的自由电子激光器，如SASE激光器不需要种子激光，自放大以实现激光输出；有的自由电子激光器，如HGHG激光器需要种子激光，种子激光和高能电子束同方向输入激光器中。

另一种传统激光器是通过原子跃迁和谐振腔得到激光，其频率低于X光，单色性很好，其功率可大可小。我们称这种激光为普通激光，当其功率很高时(例如，高于1000瓦)，称为高功率普通激光。

大功率连续辐射伽马激光器的制作方案如下：

一种大功率连续辐射伽马激光器，其特征是，在自由电子激光器中，在与电子束相反的方向上，对着电子束输入高功率普通激光，入射电子束的速度和入射激光的波长要满足(1)-(2)式(见下文)。

这种激光器的第二个特征是，对于大功率伽马激光器，入射电子的数密度ρ_e满足ρ_e≥ρ_e0，ρ_e0满足(6)式(见下文)。

这种激光器的第三个特征是，电子束通过的真空管道由导体制作，是圆筒形的，管道的壁上周期性地排列有极性相反的扭摆磁铁，管道的壁与直流电源的正极相连。

这种激光器的第四个特征是，自由电子激光器中，输入速度为v的电子束时，输入与电子束方向相反的高功率普通激光及与电子束方向相同的普通激光。

这种激光器产生γ激光的机理如下：

入射的、与电子束方向相反的激光光子将与电子发生弹性散射。由于电子与这些光子的相对动量很大，散射角θ＝π时的微分散射截面是主要的。对于出射的激光，也只有θ＝π的散射光，即背散射光才是重要的。