中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室的徐至展院士、李儒新研究員帶領(lǐng)研究團(tuán)隊，提出了級聯(lián)尾波場加速新方案，突破了激光尾波場加速中能散度難以壓縮等重大技術(shù)瓶頸，獲得了高亮度高品質(zhì)（200~600 MeV、能散0.4~1.2%、流強1~8 kA、發(fā)散角~0.2 rms mrad）的高能電子束，電子束六維相空間亮度達(dá)到10^15-16A/m2/0.1%，遠(yuǎn)高于目前國際上報道的同類研究結(jié)果，在國際上首次接近了最先進(jìn)的直線加速器上所能獲得的電子束亮度。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《物理評論快報》。

發(fā)展小型化、低成本激光粒子加速器是科學(xué)家們一直夢寐以求的目標(biāo)。超強超短激光驅(qū)動的尾波場電子加速器具有比傳統(tǒng)的射頻加速器高出三個量級以上的超高加速梯度，為實現(xiàn)小型化的高能粒子加速器等提供了全新技術(shù)途徑，對未來的同步輻射裝置、自由電子激光以及高能物理研究等也將帶來深遠(yuǎn)的影響。
 

本研究創(chuàng)新性地設(shè)計了級聯(lián)尾波場加速新方案，通過在兩段級聯(lián)的等離子體之間引入一段高密度等離子體，控制電子束的穩(wěn)相加速及能量啁啾反轉(zhuǎn)和能散度壓縮，克服了單級尾波場加速方案中能散度無法獨立控制的技術(shù)瓶頸，實驗獲得了高品質(zhì)的高能電子束。三維粒子模擬也揭示，該級聯(lián)加速新方案能夠有效地抑制電子的二次注入，實現(xiàn)電子束的穩(wěn)相加速。

評審專家認(rèn)為：“該亮度是迄今激光尾波場加速器實現(xiàn)的最高紀(jì)錄”“該方案在產(chǎn)生數(shù)百MeV具有千分之一級相對能散并高電荷量的高品質(zhì)、高亮度電子束方面取得了重大進(jìn)展”“提出的新方法實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的電子束流品質(zhì)”。

據(jù)悉，利用該電子束與超強超短激光對撞產(chǎn)生了超高亮度準(zhǔn)單色MeV量級伽馬射線源，其最高峰值亮度達(dá)3×10^22 photons s-1 mm-2 mrad-2 0.1%BW，與國際上報道的同類伽馬射線源亮度相比高出一個量級以上，比傳統(tǒng)伽馬射線源同能區(qū)的峰值亮度提高了10萬倍。