在諸多激光離子加速機(jī)制中，光壓加速（Radiation Pressure Acceleration，RPA）理論上獲得的離子束具有能散小、束流密度大、能量轉(zhuǎn)化效率高等特點(diǎn)，是當(dāng)下研究的前沿和熱點(diǎn)。
雖然RPA理論及一維模擬結(jié)果極具吸引力，但目前實(shí)驗(yàn)上還難以獲得預(yù)期的好結(jié)果。究其根源，除去實(shí)驗(yàn)上激光靶參數(shù)不夠理想外，最關(guān)鍵的原因就是高維條件下不穩(wěn)定性的劇烈發(fā)展。
主流認(rèn)為主要是類瑞利-泰勒（RT）不穩(wěn)定性在起負(fù)面影響。這種不穩(wěn)定性發(fā)展最終會(huì)引發(fā)同步加速等離子體片中電子的加熱和大量損失，導(dǎo)致等離子片發(fā)生庫(kù)侖爆炸，加速被破壞，最終獲得的離子束品質(zhì)差。
如何抑制不穩(wěn)定性的發(fā)生是目前RPA研究最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題之一，諸多方法被提出和研究，但實(shí)際效果一直都不理想。
圖1 光壓加速動(dòng)態(tài)致穩(wěn)方案示意圖
經(jīng)過(guò)數(shù)年的深入研究，北京大學(xué)喬賓課題組，另辟蹊徑，按照完全不同的思路，考慮如何動(dòng)態(tài)地彌補(bǔ)光壓加速中RT等不穩(wěn)定性帶來(lái)的破壞作用而非僅僅抑制不穩(wěn)定性發(fā)生這一想法，首次提出利用高Z涂層的電離效應(yīng)在激光光壓加速過(guò)程中動(dòng)態(tài)補(bǔ)充電子，彌補(bǔ)RT不穩(wěn)定性帶來(lái)的加速等離子體片的電子損失，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)致穩(wěn)RPA（圖1）。
這一全新方案非常“皮實(shí)”，三維粒子模擬顯示在目前真實(shí)的激光和靶參數(shù)條件下，此方案可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光壓離子加速，并且可以應(yīng)用于加速高Z重離子源（圖2）。
圖2 三維粒子模擬結(jié)果?？紤]電離（a）與不考慮電離（b）情況下，在激光作用結(jié)束時(shí)，Al13+離子密度等值面分布圖；（c）相應(yīng)Al13+離子能譜（紅線代表考慮電離的情形，藍(lán)線表示不考慮電離的情形）。
相關(guān)研究成果于近期發(fā)表在Physical Review Letters [118, 204802 (2017)]上。PRL審稿人對(duì)該方案給出了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為該工作為激光光壓加速研究領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)，揭示了動(dòng)態(tài)電離在強(qiáng)激光與重離子相互作用中的重要意義。
喬賓課題組博士研究生沈曉飛為該論文第一作者，喬賓研究員為通訊作者，合作者包括周滄濤研究員、賀賢土院士等。
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