展示和实时非破坏性诊断高流量激光驱动的质子束

科学领域:

• 激光驱动的粒子加速器
• 血物理学的等离子体物理学
• 材料科学是一种材料科学.

背景情况:

• 激光驱动的离子加速,特别是目标正常加速 (TNSA),为紧和高强度离子束设施提供了一条途径.
• 传统的加速器难以产生低能,高流量,短束质子束,这是时间解析材料研究所需的.

研究的目的:

• 构建和描述一条专门的光线线,用于传输和控制激光加速质子束.
• 为了实现一个紧的,高强度的质子束装置,具有亚纳秒束持续时间和高流量.

主要方法:

• 使用四极三重电磁铁进行空间聚焦,并使用能量压缩腔 (ECC) 进行纵向相位旋转和动量压缩.
• 从5.0微米的带目标产生1.5 MeV的质子束.
• 采用墙壁电流监测器 (WCM) 进行实时,非破坏性的集群诊断.

主要成果:

• 成功生成并压缩了具有1.5 MeV动能的单束质子束.
• 实现了束长度标准偏差小于0.14 ns (测量分辨率有限) 和横向聚焦到~10 mm RMS直径.
• 产生了一次性辐射流量超过5.5 × 10^7质子/cm^2/bunch,峰值流量为~10^17质子/cm^2/s.

结论:

• 开发的光束线成功地产生了一种独特的低能,亚纳秒,高流量单束质子束,这是传统方法无法实现的.
• 这种能力使得对基本的物质损伤过程进行高时间分辨率的实验调查,包括缺陷形成和原子移位.
• 这项研究显著推进了先进材料研究中的时间分辨率应用,这些应用需要亚纳秒时间分辨率.