基于带电粒子活化法开展的SGII-U皮秒激光质子加速实验研究

摘要

基于带电粒子活化测谱方法在SGII-U装置上开展了皮秒激光靶背鞘场机制质子加速实验研究,对靶参数进行了优化.利用带电粒子活化测谱方法测量了相同激光条件、不同Cu薄膜靶厚度情况下靶背鞘场加速质子的最高截止能量、角分布、总产额以及激光能量到质子的转化效率等关键参数.实验发现,SGII-U皮秒激光靶背鞘场加速机制的最佳Cu薄膜靶厚度为10μm,对应质子最高能量接近40 MeV,质子(>4 MeV)总产额约4×1012个,激光能量到质子的转化效率约2％.薄膜靶更厚或者更薄都会降低加速质子的最高截止能量;当靶厚减薄至1μm时,皮秒激光的预脉冲开始对靶背鞘场产生显著影响,质子最高截止能量急剧下降,高能质子束斑呈现空心结构;而当靶厚增加至35μm时,虽然质子束的能量有所降低,但是质子束斑的均匀性更好.