日前,北京大学物理学院颜学庆教授/马文君研究员团队近期在激光加速重离子领域获得重要进展。他们利用人工设计的双层纳米靶材,获得了能量高达580兆电子伏特(MeV)的碳离子,将飞秒激光加速重离子能量记录提高了两倍。相关结果以“ Laser Acceleration of Highly Energetic Carbon Ions Using a Double-Layer Target Composed of Slightly Underdense Plasma and Ultrathin Foil”为题发表在物理评论快报上(Physical Review Letters 122,014803 (2019))。
高能重离子在肿瘤治疗、生物辐照、核物理与核能等领域有着广泛的用途。利用超强飞秒脉冲激光加速重离子一直是激光加速领域的难点。之前的大量实验研究中,通常只能获得最高能量为几兆电子伏特每核子(MeV/u)的重离子。而在相同条件下,质子可被加速至近百兆电子伏特,远高于重离子。这是因为,要有效加速重离子,需要将其在加速初始阶段就电离到高电荷态注入到加速场中,并且保持足够长的加速时间。一般情况下,这两点很难同时实现。马文君研究员团队在前期工作的基础上(PRL 115, 064801 (2015),PRL 113, 235002 (2014),Adv Mater 21(5),603 (2009),Nano Lett 7(8), 2307(2007)),设计并制备出了一种由超薄超低密度碳纳米管泡沫与类金刚石纳米薄膜组成的双层复合靶材,成功地同时实现了这两个条件。复合靶材在超强飞秒脉冲激光作用下,位于类金刚石纳米薄膜中的碳离子,先后经历了光压电离注入与长达数百飞秒的鞘场加速两个过程,最终速度达到了光速的30%。这是首次利用超短脉冲在实验中实现了重离子的级联加速。
本研究结果(☆)与已有重离子加速实验结果汇总。
他们的理论与数值模拟工作表明,这种高效的加速方案也适用于金、钍、铀等重离子。在现有激光条件下,可产生能量为数十兆电子伏特每核子、密度为传统束流10亿倍的高能高密度重离子束流。这种高能高密度重离子束团将为超重元素合成、短寿命核素加速、温稠密物质等温加热等重要物理难题的解决提供新的方案,将为科学前沿领域及新兴交叉学科的迅猛发展带来新的机遇。
马文君研究员为论文第一作者与通讯作者。颜学庆教授与韩国基础科学研究所的Nam,Chang Hee教授为共同通讯作者。论文主要作者还包括陈佳洱院士、贺贤土院士、M. Zepf教授、J. Schreiber教授、Kim,I Jong教授、林晨研究员、卢海洋研究员和余金清博士等。该项目得到国家重大科技基础设施培育项目(2017ZF22)、科技部重大仪器专项、国家自然科学基金重点项目、核物理与核技术国家重点实验室和北京市卓越青年科学家等项目的支持。
相关文章:Phys. Rev. Lett. 115, 064801 (2015)
编辑:凌薇
责编:白杨
下一篇::物理评论快报报道刘运全教授和龚旗煌院士等关于双指针阿秒钟的研究新进展
- 物理学院颜学庆卢海洋团队提出激光驱动光子对撞机的新方案
- 人民医院纪立农团队糖尿病分型研究成果在柳叶刀子刊发表
- 物理评论快报报道刘运全教授和龚旗煌院士等关于双指针阿秒钟的研究新进展
- 城环学院刘鸿雁课题组在自然•通讯发文报导极端湿润气候对森林生产力的补偿效应
- 新材料学院潘锋教授团队在Chem. Comm.上发表关于固态锂电池界面工程研发进展的封面文章
- 化学学院吕华课题组在降低蛋白质药物免疫源性方面取得重要进展
我有话说
最新文章
- 1物理学院颜学庆卢海洋团队提
日前,北京大学物理学院颜学庆教授和卢海洋研......
- 2人民医院纪立农团队糖尿病分
日前,国际权威杂志《柳叶刀》糖尿病与内分泌......
- 3物理评论快报报道刘运全教授
原子分子内电子运动的时间尺度约在阿秒(10-......
- 4物理学院颜学庆马文君团队利
日前,北京大学物理学院颜学庆教授/马文君研......
- 5广东省纳米微米材料研究重点
广东省纳米微米材料研究重点实验室近期在国......
推荐文章
热门文章
- 1心理学系方方教授课题组发现知觉
2016年5月17日出版的《美国国家科学院院刊》...
- 2北大近400名教职工党支部书记接受
为学习贯彻党的十八届五中全会和习近平总书...
- 3王楠林课题组在物理评论快报发表
电荷密度波是固体电子系统的一种集体凝聚现...
- 4学院举办正面管教亲子教育讲座
2016年4月22下午,由学院工会组织的“正面管...
- 5Nature在线发表汤富酬实验室与合
北京时间2016年5月19日凌晨国际知名学术期刊...