一种全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及核应用技术领域，具体涉及一种全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法。
【背景技术】
[0002]康普顿伽玛光束是利用相对论电子束和高功率激光发生康普顿散射而产生的新型伽玛射线束。由于其具有高通量、短脉冲、准单色、方向性好、能量连续可调、高偏振等优异性能，曾被《科学》杂志评为超短脉冲领域内最具潜力的新型辐射源，在医学和生物学成像、癌症治疗、超快研宄、电子束诊断、工业探伤、特殊核物质(材料)检测、核结构、光核物理等领域有广泛的应用前景。然而，目前的康普顿伽玛光源主要由射频电子加速器驱动产生，需利用大量的高功率微波和磁铁系统，其耗资相对昂贵，占地面积较大，不利于大范围普及。
[0003]正电子是电子的反粒子，它和电子的质量相等，所带电荷也和电子电荷相等，只是带正电子荷。同伽玛射线源一样，正电子可用于医学成像和作为一种科学研宄的探针。在科学研宄中，基于正电子煙灭谱学(PAS)技术的正电子是原子物理、材料科学和固体物理研宄领域的非常有用的工具。PAS使用的慢正电子束通常来自天然放射源，或者高能粒子束打靶产生的连续或长脉冲正电子。
[0004]目前，通常实验研宄用的正电子主要来源于放射性同位素22Na等β+衰变体，需要占地较大且造价相对昂贵的电子直线加速器和核反应堆等大型设施。基于β+衰变的正电子束装置简单且成熟，但发射的连续正电子谱能量低，产额也不高；电子直线加速器产生的相对论电子与高Z靶相互作用，可以获得108/s的正电子束，然而它们的脉冲长度较长，通常为几十皮秒；因此，难以满足前沿基础和应用研宄的需要，亟待探索产生正电子的新方法。
[0005]缩短正电子束脉冲和提高其流强是正电子源研宄的关键问题，它可有效增加正电子煙灭谱仪的精度，进而打开一扇利用泵浦-探测型的PAS来研宄材料和生物体结构的超快动力学的大门。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法，能同时产生超短脉冲的康普顿伽玛光与正电子束，与传统的正电子源相比，具有超短脉冲结构、能量高且可调范围广的束流特性，可应用于泵浦-探测型的正电子煙灭谱学等研宄领域。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0008]一种全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法，利用一束超短超强激光脉冲将毛细管气体通道中的气体分子电离，产生并同步加速电子以获得强流、超短脉冲(飞秒或阿秒)的电子束；所述电子束与另一束超短超强激光脉冲发生康普顿散射产生一个全光学的康普顿伽玛光源，继而与正电子转换靶(高Z靶)相互作用，通过正负电子对物理机制产生大量的正负电子对，经分离后产生一个亚百飞秒量级的兆电子伏正电子束。
[0009]根据以上方案，所述超短超强激光脉冲由高功率激光源产生，经激光聚焦和反射装置的反射和聚焦后分成两束。
[0010]根据以上方案，所述激光聚焦和反射装置包括激光反射镜和离轴抛物面镜(聚焦镜)。
[0011]根据以上方案，所述康普顿伽玛光的脉冲周期为飞秒或阿秒级。
[0012]根据以上方案，所述正负电子对的分离装置为二极磁铁。
[0013]根据以上方案，所述康普顿伽玛光与正电子转换靶相互作用前，还通过二极磁铁使激光加速的电子束偏离和引出，以避免干扰后续超短脉冲正电子的产生。
[0014]本发明产生的康普顿伽玛光源无需利用大量的高功率微波和磁铁系统，因而被称为全光学的康普顿伽玛光源。利用上述伽玛光和正电子转换靶相互作用，通过正负电子对物理机制(即γ+Ζ — e++e_+Z)产生亚百飞秒量级的兆电子伏正电子束。
[0015]本发明的有益效果是:
[0016]I)与传统方法相比，本发明的康普顿伽玛光源无需利用大量的高功率微波和磁铁系统，为全光学系统，设备耗资较少，且占地面积较小，有利于大范围普及使用；
[0017]2)本发明产生的正电子束为亚百飞秒量级的高能正电子束，能级为几兆至十几兆电子伏，具有超短脉冲结构、能量高且可调范围广的束流特性；
[0018]3)本发明产生的正电子束可应用于开展泵浦-探测型的正电子煙灭谱学、材料和生物体内部的超快结构动力学等领域的研宄。
[0019]4)本发明能同时产生康普顿伽玛光与超短脉冲正电子束，亦可以只产生康普顿伽玛光，应用相关研宄领域。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的原理示意图。
[0021]图中:L0、激光源；L1、L2、超短超强激光脉冲；C1、毛细管等离子体通道；E1、电子束；B1、B2、二极磁铁；M1-M5、激光聚焦和反射装置；G1、康普顿伽玛光；T1、正电子转换靶；Pl、正电子束。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
[0023]本发明提供一种全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法，通过高功率激光源LO发射超短超强激光脉冲，被激光聚焦和反射装置Ml分成两束，即超短超强激光脉冲LI和超短超强激光脉冲L2 ;所述超短超强激光脉冲LI经激光反射和聚焦装置Μ2-Μ4后注入毛细管气体通道Cl，将所述毛细管气体通道Cl中的气体分子电离，并同步加速被电离的大量电子以获得强流、超短脉冲的电子束El ;所述超短超强激光脉冲L2与上述过程产生的所述电子束El发生康普顿散射，并产生飞秒或阿秒级康普顿伽玛光Gl，所述伽玛光Gl经二极磁铁BI作用后使激光加速的电子束El偏离和引出，然后所述康普顿伽玛光Gl与正电子转换靶Tl相互作用，通过正负电子对物理机制产生大量的正负电子对；所述正负电子对经二极磁铁B2作用后，将大量的正电子从电子束El中分离，最终汇成超短脉冲的兆电子伏正电子束P1。
[0024]以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解:可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
【主权项】
1.一种全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法，其特征在于，利用一束超短超强激光脉冲将毛细管气体通道中的气体分子电离，产生并同步加速电子以获得强流、超短脉冲的电子束；所述电子束与另一束超短超强激光脉冲发生康普顿散射产生一个全光学的康普顿伽玛光源，继而与正电子转换靶相互作用，通过正负电子对物理机制产生大量的正负电子对，经分离后产生一个亚百飞秒量级的兆电子伏正电子束。2.根据权利要求1所述的全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法，其特征在于，所述超短超强激光脉冲由高功率激光源产生，经激光聚焦和反射装置的反射和聚焦后分成两束。3.根据权利要求2所述的全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法，其特征在于，所述激光聚焦和反射装置包括激光反射镜和离轴抛物面镜。4.根据权利要求1所述的全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法，其特征在于，所述康普顿伽玛光的脉冲周期为飞秒或阿秒级。5.根据权利要求1所述的全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法，其特征在于，所述正负电子对的分离装置为二极磁铁。6.根据权利要求1所述的全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法，其特征在于，所述康普顿伽玛光与正电子转换靶相互作用前，还通过二极磁铁使激光加速的电子束偏离和引出，以避免干扰后续超短脉冲正电子的产生。
【专利摘要】本发明提供一种全光学康普顿伽玛光及超短脉冲正电子束的产生方法，利用一束超短超强激光脉冲将毛细管气体通道中的气体分子电离，产生并同步加速电子以获得强流、超短脉冲的电子束；所述电子束和另一束超短超强激光脉冲发生康普顿散射产生一个全光学的飞秒脉冲康普顿伽玛光源，继而与正电子转换靶(高Z靶)相互作用，通过正负电子对物理机制产生大量的正负电子对，经分离后产生一个亚百飞秒量级的兆电子伏正电子束。本发明能同时产生超短脉冲的康普顿伽玛光与正电子束，与传统的正电子源相比，具有超短脉冲结构、能量高且可调范围广的束流特性，可应用于泵浦-探测型的正电子湮灭谱学等研究领域。
【IPC分类】G21G4/06, G21K5/00
【公开号】CN104979033
【申请号】CN201510242725
【发明人】罗文 , 宋英明, 艾念, 朱志超, 王晓冬
【申请人】南华大学, 孝感市中心医院
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月13日