強激光離子源具有比傳統射頻源高三個數量級以上的加速電場，有望實現加速器的小型化、商業化，在聚變能源、醫療健康、核物理和粒子物理等領域都有重要的應用前景。目前，實驗上獲得的質子能量最高接近100 MeV，但其能譜呈現指數下降的寬譜特征嚴重限制了在癌症治療等方面的應用。事實上，在目前已知的諸多激光離子加速機制中，由于受到激光器條件和不穩定性的影響，如何獲得達到醫療臨床要求的能散在1%量級的準單能離子束長期懸而未決。

最近，beat365官方网站重離子物理研究所、核物理與核技術國家重點實驗室喬賓教授課題組與德國杜塞爾多夫大學理論物理研究所Alexander Pukhov教授課題組合作，提出通過拍瓦飛秒強激光輻照微膠帶靶獲得高品質離子束的新方案（如圖）。聯合研究團隊對微膠帶靶進行精密設計，使其表面在激光輻照時激發出強表面等離子體波，進而加速電子共振，獲得具有超大電荷量、超小發散角的高能電子束；當電子束注入真空時，由于電子電荷量遠大于離子電荷量，自發形成穩定的箍縮電場，實現在高效加速質子的同時不斷壓縮質子的相空間，最終獲得單能性極好的高品質離子束。三維粒子模拟結果顯示，利用現有拍瓦飛秒強激光，可以獲得峰值能量高于100 MeV、能散為1%的高品質離子（質子）束。

（a）拍瓦飛秒強激光與微膠帶靶相互作用離子加速新方案示意圖；（b）質子密度的三維粒子模拟結果；（c）質子能譜的三維粒子模拟結果

2021年10月4日，相關研究成果以“飛秒激光與微膠帶靶相互作用産生準單能離子束”（Monoenergetic high-energy ion source via femtosecond laser interacting with a microtape）為題，在線發表于《物理評論X》（Physical Review X）；beat365核物理與核技術國家重點實驗室2019屆博士畢業生、杜塞爾多夫大學理論物理研究所博士後沈曉飛為論文第一作者，喬賓與Alexander Pukhov為共同通訊作者。

上述工作得到國家自然科學基金等項目支持，為激光離子加速機制提供了一條全新的途徑，有望解決離子能散大這一長期存在的難題，為激光驅動的質子治療腫瘤等應用奠定基礎。

論文鍊接：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.11.041002