上海光机所在中等对比度PW飞秒激光加速高能质子束方面取得进展

近期，中科院上海光机所超强激光科学与技术全国重点实验室依托“羲和”激光装置在中等对比度PW飞秒激光加速高能质子束方面取得进展，相关成果以“Effect of laser prepulse on proton acceleration driven by femtosecond intense lasers”为题，发表于High Power Laser Science and Engineering。强激光驱动离子加速有望产生紧凑型、超快强流的离子源，在肿瘤放疗、质子照相、同位素生产以及快点火聚变等领域具有广泛的应用前景。靶后法线鞘层加速机制（Target Normal Sheath Acceleration，TNSA）是研究最广泛的激光离子加速机制，相比于光压加速等机制，TNSA机制的优势在于需要的实验条件相对容易，产生的离子源参数比较稳定。考虑到现如今数拍瓦飞秒激光装置已建成，比如“羲和”激光装置、ELI装置，因此利用PW飞秒激光驱动TNSA有望获得满足应用需求的离子束。

研究团队利用不同对比度的、PW激光与微米靶相互作用，实验发现TNSA机制下中等对比度激光可获得更高能的质子束。研究表明，靶前预等离子体能增强电子加速，进而提升质子加速效果，而靶后预等离子体会弱化鞘层场，从而对质子加速不利。对于中等对比度的激光而言，靶前预等离子体的标长足够长可有效提高靶前电子加速，同时靶后预等离子体的标长也较短能降低靶后鞘层场的衰减，从而实现最佳质子加速效果。本研究将TNSA机制中预等离子体效应拓展到更大的参数空间（数拍瓦，1021 W/cm2），对TNSA质子源应用具有重要意义。