近期，上海光學精密機械研究所激光科學與技術全國重點實驗室依托“羲和"激光裝置在中等對比度PW飛秒激光加速高能質(zhì)子束方面取得進展，相關成果以“Effect of laser prepulse on proton acceleration driven by femtosecond intense lasers"為題，發(fā)表于High Power Laser Science and Engineering。

強激光驅(qū)動離子加速有望產(chǎn)生緊湊型、超快強流的離子源，在腫瘤放療、質(zhì)子照相、同位素生產(chǎn)以及快點火聚變等領域具有廣泛的應用前景。靶后法線鞘層加速機制（Target Normal Sheath Acceleration，TNSA）是研究泛的激光離子加速機制，相比于光壓加速等機制，TNSA機制的優(yōu)勢在于需要的實驗條件相對容易，產(chǎn)生的離子源參數(shù)比較穩(wěn)定。考慮到現(xiàn)如今數(shù)拍瓦飛秒激光裝置已建成，比如“羲和"激光裝置、ELI裝置，因此利用PW飛秒激光驅(qū)動TNSA有望獲得滿足應用需求的離子束。

圖1 (a) 實驗布置示意圖，插圖是激光的納秒和皮秒對比度；(b)-(c) 不同對比度激光加速質(zhì)子結果：(b)質(zhì)子能譜，(c)不同靶厚的質(zhì)子截止能量；(d)-(e) 質(zhì)子截止能量和電子溫度隨靶前和靶后預等離子體標長變化的模擬結果。

研究團隊利用不同對比度的、PW激光與微米靶相互作用，實驗發(fā)現(xiàn)TNSA機制下中等對比度激光可獲得更高能的質(zhì)子束。研究表明，靶前預等離子體能增強電子加速，進而提升質(zhì)子加速效果，而靶后預等離子體會弱化鞘層場，從而對質(zhì)子加速不利。對于中等對比度的激光而言，靶前預等離子體的標長足夠長可有效提高靶前電子加速，同時靶后預等離子體的標長也較短能降低靶后鞘層場的衰減，從而實現(xiàn)質(zhì)子加速效果。本研究將TNSA機制中預等離子體效應拓展到更大的參數(shù)空間（數(shù)拍瓦，1021 W/cm2），對TNSA質(zhì)子源應用具有重要意義。

該工作得到了先導專項（B類）、國家自然科學基金委基礎科學中心、穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊和國家重點研發(fā)計劃青年科學家項目的支持。

參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng)

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