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超强激光科学卓越创新简报

(第七百六十六期)

2026年4月15日

上海光机所在通道导引电子加速及X射线产生方面取得新进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室研究团队在激光驱动微通道阵列靶加速电子及产生X射线研究方面取得新进展。相关成果以“All-Optically Controllable Electron and X-ray Sources from Microchannel-Guided Direct Laser Acceleration”为题发表在High Power Laser Science and Engineering。

激光加速的高品质电子源在“快点火”核聚变、等离子体超快探针、太赫兹辐射源等方面具有重要应用前景。如何获得大电量且准直的电子束是推动这些应用的关键所在。

实验中，研究团队利用激光轰击500 µm长的微通道阵列靶，研究了单双通道对激光和电子束的远距离自导引效果。长距离传输可以有效增加两者相互作用时间和体积，通过直接激光加速机制获得电子束的电荷量达到1.5 nC（>10 MeV），束流发射度低至3.9 mm mrad，并且在10-50 MeV大能量范围内可以维持相对恒定的发散角（14°）。研究发现在背景等离子体场作用下，长距离传输更有利于电子束的准直。

同时，团队进一步观测到了在单通道导引情况下，电子束与通道壁碰撞通过韧致辐射发射的环状X射线源，其特征能量高于90 keV，发射度为0.8 mm mrad，这种低发射度的环状硬X射线在微观无影成像领域有潜在应用价值。

本工作为通道引导电子和二次辐射源的应用奠定了基础，获得了基金委基础科学中心项目、中科院先导B类专项、科技部重点研发青年科学家项目、中国科学院基础研究青年团队、上海启明星及中国博士后面上等项目的资助。

（a）单通道和（b）双通道导引的电子分布。（c）X射线强度分布。（d）不同能量的电子发散角。（e）PIC模拟中电子长距离传输的运动轨迹。

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