beat365顔學慶/馬文君團隊利用級聯加速新機制打破飛秒激光驅動碳離子能量記錄
日前，beat365官方网站顔學慶教授/馬文君研究員團隊近期在激光加速重離子領域獲得重要進展。他們利用人工設計的雙層納米靶材，獲得了能量高達580兆電子伏特（MeV）的碳離子，将飛秒激光加速重離子能量記錄提高了兩倍。相關結果以”
Laser Acceleration of Highly Energetic Carbon Ions Using a Double-Layer Target
Composed of Slightly Underdense Plasma and Ultrathin Foil”為題發表在物理評論快報上（Physical
Review Letters 122，014803 （2019））。
高能重離子在腫瘤治療、生物輻照、核物理與核能等領域有着廣泛的用途。利用超強飛秒脈沖激光加速重離子一直是激光加速領域的難點。之前的大量實驗研究中，通常隻能獲得最高能量為幾兆電子伏特每核子（MeV/u）的重離子。而在相同條件下，質子可被加速至近百兆電子伏特，遠高于重離子。這是因為，要有效加速重離子，需要将其在加速初始階段就電離到高電荷态注入到加速場中，并且保持足夠長的加速時間。一般情況下，這兩點很難同時實現。馬文君研究員團隊在前期工作的基礎上（PRL
115, 064801 (2015)，PRL 113, 235002 (2014), Adv Mater 21(5),603 (2009), Nano Lett
7(8),
2307(2007)），設計并制備出了一種由超薄超低密度碳納米管泡沫與類金剛石納米薄膜組成的雙層複合靶材，成功地同時實現了這兩個條件。複合靶材在超強飛秒脈沖激光作用下，位于類金剛石納米薄膜中的碳離子，先後經曆了光壓電離注入與長達數百飛秒的鞘場加速兩個過程，最終速度達到了光速的30%。這是首次利用超短脈沖在實驗中實現了重離子的級聯加速。
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圖：本研究結果（
）與已有重離子加速實驗結果彙總。
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他們的理論與數值模拟工作表明，這種高效的加速方案也适用于金、钍、鈾等重離子。在現有激光條件下，可産生能量為數十兆電子伏特每核子、密度為傳統束流10^9倍的高能高密度重離子束流。這種高能高密度重離子束團将為超重元素合成、短壽命核素加速、溫稠密物質等溫加熱等重要物理難題的解決提供新的方案。，将為科學前沿領域及新興交叉學科的迅猛發展帶來新的機遇。
馬文君研究員為論文第一作者與通訊作者。顔學慶教授與韓國基礎科學研究所的Nam，Chang Hee教授為共同通訊作者。論文主要作者還包括陳佳洱院士、賀賢土院士、M.
Zepf教授, J. Schreiber教授, Kim, I Jong教授、林晨研究員、盧海洋研究員和餘金清博士等。該項目得到國家重大科技基礎設施培育項目（2017ZF22）、科技部重大儀器專項、自然科學基金重點項目、核物理與核技術國家重點實驗室和北京市卓越青年科學家等項目的支持。
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