用于生成聚焦强电流带电粒子束的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于生成高电流的聚焦带电粒子束的方法以及用于生成这种粒子束的装置。
[0002]更具体地，本发明涉及用于生成高电流的聚焦脉冲带电粒子束的方法，所述粒子束具有例如皮秒量级的持续时间、千安培量级的电流以及由具有兆电子伏量级的能量的粒子形成。
【背景技术】
[0003]例如，通过高功率激光和固体靶或气体靶之间的相互作用可生成这种粒子束。
[0004]这些粒子束通常是高度发散的且期望能够聚焦它们用于诸如物理现象、惯性聚变的探测或者生成强辐射的应用。
[0005]遗憾的是，这种粒子束的强度使它们难于聚焦。因此，通常用于在粒子加速器中聚焦带电粒子束的四极磁铁被强束的电磁场扰乱从而不能够合适地工作。
[0006]已知彩色聚焦装置，例如在由T.Toncian等人撰写的“Ultrafast laser-drivenmicrolens to focus and energy-select mega-electron volt protons，，(SCIENCE，第312卷，2006年4月21日)中描述的彩色聚焦装置，然而，这种装置选择在粒子束光谱内的能量，因此大部分的粒子束未被聚焦。
[0007]因此，需要能够生成高电流的聚焦脉冲带电粒子束的发生装置。
【发明内容】
[0008]为此目的，根据本发明，一种用于生成聚焦带电粒子束的方法至少包括以下步骤:
[0009]a)生成带电粒子束；
[0010]b)发射激光脉冲；
[0011]c)通过所述激光脉冲与靶之间的相互作用在所述靶中生成聚焦的磁场结构；以及
[0012]d)使所述带电粒子束至少部分地透过所述聚焦的磁场结构。
[0013]凭借这些设置，在所述靶中可以生成强烈且紧凑的磁场结构。这些场的振幅足以聚焦高电流的脉冲带电粒子束，而它们基本上不受到由所述粒子束生成的场的干扰。对于带电粒子束的通过的整个持续时间(例如几皮秒)，该聚焦可以是稳定的，从而允许脉冲带电粒子束的消色差聚焦。该聚焦强度可调整为激光脉冲强度的函数。仅仅通过改变生成磁场结构的激光脉冲的相对于脉冲带电粒子束的传播方向的传播方向可以实现正带电粒子或负带电粒子的聚焦。
[0014]在本发明优选的实施方式中，而且可以可选地依赖于以下设置中的一个和/或另一个:
[0015]-激光脉冲具有基本上在一太瓦和约百太瓦之间的功率；
[0016]-激光脉冲具有基本上介于约10飞秒和约10皮秒之间的持续时间；
[0017]-在步骤c)的过程中，激光脉冲在焦斑层面聚焦在靶上，且在步骤d)的过程中，带电粒子束至少部分地通过所述焦斑；
[0018]-所述靶至少部分地由金属制成；
[0019]-所述靶至少部分地由选自包括金、铜和铝的列表的金属制成；
[0020]-所述靶基本上沿着在正面和背面之间的延伸平面延伸，所述正面和背面在与该延伸平面垂直的厚度方向上彼此相对且被在所述厚度方向上测量的厚度隔开，且在步骤d)的过程中，所述束在所述厚度方向上基本上通过所述靶；
[0021]-所述革E的厚度基本上介于500纳米和约I百微米之间；
[0022]-生成粒子束的步骤a)包括发射所生成的激光脉冲以及通过所述生成的激光脉冲和所生成靶之间的相互作用生成非聚焦粒子束。
[0023]本发明的主题还为用于生成聚焦带电粒子束的装置，该装置包括:
[0024]用于生成带电粒子束的器件；
[0025]用于发射激光脉冲的激光源；
[0026]靶，所述靶通过所述激光脉冲与所述靶的相互作用而用于生成聚焦磁场结构，所述带电粒子束至少部分地透入所述磁场结构中。
[0027]在本发明的优选实施方式中，用于生成带电粒子束的器件可以可选择地包括:
[0028]用于发射生成的激光脉冲的激光源；以及
[0029]生成靶，当所述生成的激光脉冲与所述生成靶相互作用时用于生成带电粒子束。
【附图说明】
[0030]参照附图，在作为非限制性示例而给出的本发明的几个实施方式的下列描述的过程中，本发明的其他特征和优点将显而易见。
[0031]在附图中:
[0032]-图1为根据本发明的实施方式的用于聚焦高电流带电粒子束的装置以及用于生成聚焦的高电流带电粒子束的装置的示意图；
[0033]-图2为根据本发明的实施方式的在用于生成聚焦的高电流带电粒子束的方法的实施方式中第一激光脉冲和第一靶之间的相互作用的详细的示意图；
[0034]-图3a和图3b为根据本发明的用于聚焦高电流带电粒子束的装置以及用于生成聚焦的高电流带电粒子束的装置的两个实施方式的示意图；
[0035]-图4为根据本发明的实施方式的用于聚焦高电流带电粒子束的方法的详细的示意图；以及
[0036]-图5为根据本发明的实施方式的用于生成聚焦的高电流带电粒子束的方法的实施方式的流程图。
【具体实施方式】
[0037]在各个附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。
[0038]本发明涉及用于生成高电流的聚焦的脉冲带电粒子束10的方法。
[0039]这种粒子束10可具有皮秒量级的持续时间，例如在几十飞秒和几十皮秒之间，例如300飞秒。
[0040]这种粒子束10可具有千安培量级(例如几安至几兆安)的电流，且由能量高达几十兆电子伏(例如达60兆电子伏)的粒子形成。
[0041]有利地，粒子束10可包括相当大部分的具有的能量大于兆电子伏的粒子，例如大于一半的粒子。
[0042]这种束例如用在诸如物理现象、惯性聚变的探测或生成强辐射的应用中。
[0043]参照图1至图5，这种束10可例如通过高功率生成的激光脉冲20和生成的靶30之间的相互作用而生成。
[0044]生成的激光脉冲20可具有高功率，例如约一百太瓦。
[0045]激光束可例如由能量约30焦耳和持续时间约300飞秒的脉冲构成。在其它实施方式中，第一激光脉冲的强度可例如介于几焦耳和几千焦耳之间，且该激光脉冲的持续时间可介于几十飞秒和几十皮秒之间。
[0046]生成的激光脉冲20可通过高功率且沿着传播方向Xu传播的第一激光源21生成
(1100)O
[0047]生成的革El 30可为固体革[1、液体革巴、或气体革巴，如在由T.Toncian等人撰写的‘‘Ultrafast laser-driven microlens to focus and energy-select mega-electron voltprotonS”(SCIENCE，第312卷，2006年4月21日)以及在该文章中所引用的参考文献中描述的，例如厚度为15微米的铝膜。
[0048]它可基本上沿着延伸平面YtiZti延伸。
[0049]生成的脉冲20和生成的靶30之间的相互作用(1200)可至少部分地通过使所述脉冲在所述靶上聚焦而获得。
[0050]因此，通过光学聚焦装置，在限制尺寸的焦斑32的层面上，在生成的靶30的正面31上聚焦生成的激光脉冲20，所述限制尺寸例如为半最大强度值全宽度(“Full Width atHalf Maximum, FWHM”)约 6 微米。
[0051]通过使定位在焦斑32的层面上的靶30的原子电离，该激光脉冲20在生成的靶30的正面31的层面上形成等离子体34。
[0052]激光脉冲20加热生成的靶30，且将相当多的热量传递给所述靶30的电子，这可使所述电子的部分35通过所述靶，以便在背面33的层面上从靶逃逸，所述背面33为在第一靶的厚度方向Xn上，生成靶30的与正面31相对的面，所述厚度方向X T1例如基本上垂直于第一靶的延伸平面YtiZti。
[0053]在一个实施方式中，生成的靶30的厚度方向乂?和该第一