[实用新型]一种基于激光驱动无碰撞静电激波加速的激光离子管发生装置

说明书

本实用新型公开了一种基于激光驱动无碰撞静电激波加速的激光离子管发生装置，包括真空靶室、充气室、充气机和超强超短激光装置，所述真空靶室用于提供真空作业环境；所述充气室置于真空靶室内，其内设有贯通充气腔，且充气腔两端分别设有进封口膜和出封口膜、以封闭充气腔；所述充气机置于真空靶室外，并通过充气管道与充气腔连通、以为充气腔供气；所述超强超短激光装置置于真空靶室外，超强超短激光装置朝向进封口膜发出超强超短激光。通过该装置可以获得两团有着温度、密度差的等离子体，使得高温、高密度的等离子向低温低密度的等离子体运动、膨胀的时候，驱动产生无碰撞冲静电激波并成功将激波上游的离子进行加速，形成激光离子管。

技术领域

本实用新型涉及等离子体物理和加速器领域，具体涉及一种基于激光驱动无碰撞静电激波加速的激光离子管发生装置。

背景技术

激光驱动离子加速技术是最近二十年发展起来的一种新型离子加速技术，具有小型化、紧凑性、低成本等诸多优点，是未来加速器发展的新方向。激光驱动离子加速技术有很多加速机制，对激光器及靶参数要求也都不尽相同。目前技术上较为成熟的是靶背鞘场加速机制，其原理是利用超强激光和固体薄膜靶相互作用，在薄膜靶背产生一个电荷分离场，该电场会将靶背粘污层(一般是几个nm厚度的油污或者水汽等含C、H的物质，在实验室的真空条件下，粘污层是天然存在的)里面的C、H等电离并加速。然而，由于H离子的荷质比在所有离子中最高，也最容易被加速，所以靶背鞘场主要用来加速质子，而构成靶体主要物质的原子由于受到靶背粘污层的屏蔽效应，则很难被离化并加速出来。因此，想要采用激光加速这种新技术加速氘离子或者氦离子等离子就需要新的加速机制。

鉴于此，国外科技工作者选用激光驱动无碰撞静电激波加速这种加速机制，利用CO₂激光器和氢气作用获得了3MeV的准能质子束，但是受限于该激光总能量太小，获得质子能量及数量都太小，并且，由于现在的钕玻璃激光器功率密度和能量都很高，因此需要和近临界密度的等离子体相互作用才可以产生明显的无碰撞静电激波加速，实验上也不好实现。因此，研究一种可以实现激光驱动的无碰撞冲击波离子加速机制十分必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，提供一种激光离子管发生装置，通过该装置可以获得两团有着温度、密度差的等离子体，使得高温、高密度的等离子向低温低密度的等离子体运动、膨胀的时候，驱动产生无碰撞冲静电激波并成功将激波上游的离子进行加速，形成激光离子管。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于激光驱动无碰撞静电激波加速的激光离子管发生装置，包括：

真空靶室，所述真空靶室用于提供真空作业环境；

充气室，所述充气室置于真空靶室内，其内设有贯通充气腔，且充气腔两端分别设有进封口膜和出封口膜、以封闭充气腔；

充气机，所述充气机置于真空靶室外，并通过充气管道与充气腔连通、以为充气腔供气；

超强超短激光装置，所述超强超短激光装置置于真空靶室外，超强超短激光装置朝向进封口膜发出超强超短激光、以在进封口膜处作用产生高温高密度等离子体并在充气腔内作用产生低温低密度等离子体，进而使高温高密度等离子体与低温低密度等离子体之间产生无碰撞静电激波来对低温低密度等离子体进行加速。

其中，所述充气管道上设有用于稳定充气腔内气体压强的电磁阀。

具体的说，所述进封口膜为微米级厚度的金属膜或塑料膜，以在激光驱动产生的分离电场作用下产生高温、高密度的等离子体。

具体的说，所述出封口膜厚度为100nm-10μm，以使加速后的等离子体可穿过该出封口膜发射出来。

优选的，所述充气腔内充入的气体为氢气、氘气、氦气中的任意一种，且其分别对应的加速离子为H、D、He。