而发射正电子束。本发明采用固体靶，并将其加工为盘状，即盘状靶材 502。激光与盘状靶材501相互作用产生的正电子束伴随着部分残余电子，为了获得纯净的 正电子束，在盘状靶材后放置一个分离组件7。分离组件提供一个分离磁场或分离电场，由 于电子和正电子电荷极性相反，因此在分离磁场或分离电场的作用下向不同的方向运动， 分离磁场或分离电场的强度根据产生的正电子能量通过计算确定。在电子出射方向，放置 残余电子收集组件9;在正电子出射方向放置聚焦组件8,进一步减小正电子束的发散角。 盘状靶材501的一端固定在转动轴502上，转动轴502的另一端安装从动齿轮503,从动齿 轮503和主动齿轮504相接，主动齿轮504和步进电机505同轴连接。上述固体靶组件5中 的各个组件至于电动升降台506上，通过支架507固定在真空靶室2内。步进电机506和 电动升降台506的驱动由位于真空靶室2外的同步信号发生器7控制。对于高功率的激光 光源1输出的重复频率脉冲激光，同步信号发生器7接收激光光源1的时钟信号，在每两个 脉冲光的间隙，输出触发信号到步进电机505和电动升降台506。步进电机6接到触发后转 动，通过上述的传动部分带动盘状靶材501移动一段距离；同时，电动升降台506也在升降 方向移动一段距离，使得打靶点在盘状靶材501上呈螺旋线分布，这样可以保证每个激光 脉冲到来时始终与盘状靶材501的不同部分发生作用，从而解决了真空中靶消耗的问题。
[0019] 本发明与在先技术正电子源相比，主要有以下几方面的有点：
[0020] 1.由普遍适用性即普适性。本发明的聚焦系统中
[0021] 2.短脉冲。在先技术中的正电子源，基于放射源的正电子源是一种连续源，而基于 加速器的正电子源每个脉冲的宽度在百皮秒量级。本发明中的激光等离子体脉冲正电子源 其脉冲宽度为1~2个皮秒，远远好于先在技术。
[0022] 3.高亮度。在先技术中，基于放射源的正电子源亮度约为105~106/s;基于加速 器的正电子源每个脉冲内的正电子数量约数百个，由于加速器可以以高重复频率（MHz)工 作，亮度可达到l〇1CI/s。本发明中的激光离子体脉冲正电子源，每个脉冲内的正电子数量可 达到101(1~10 12,远高于在先技术。
[0023] 4.低成本和小体积。在先技术中，基于放射源的正电子源中，放射源是一种消耗性 源，放射源的再制备比较昂贵；而利用加速器产生正电子源更是价格昂贵、体积庞大。本发 明中，激光光源可采用成熟的商业化超短脉冲激光器，其余的部件也都很容易加工和采购， 体积较小。靶材料使用常规的高原子序数金属材料，易采购易加工。
[0024] 5.稳定性好。本发明的主要部件都可以实现在一块底板上集成，除移动靶系统外 各元件间不会产生相对位移，而盘状靶材上个点的厚度和成分都能保持均匀，可以保证正 电子源的稳定输出和低故障率。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明激光等离子体脉冲正电子源的示意图；
[0026] 图2为图1中固体靶组件5的结构示意图
【具体实施方式】：
[0027] 如图1所示，采用飞秒激光器作为激光光源1，其光束参数是：中心波长800nm，脉 冲宽度30fs，工作频率10Hz，单脉冲能量10J，光束口径150mm。其输出的激光脉冲进入真 空靶室2后被平面反射镜3反射到离轴抛物面反射聚焦镜4上聚焦到盘状靶材501上。其 中平面反射镜3的直径为180mm，离轴抛物面反射镜4的口径为180mm，焦距为420mm。本例 中，被聚焦的激光束在真空中的聚焦焦斑直径小于10微米。经过聚焦的激光束与盘状靶材 501相互作用。
[0028] 盘状靶材501、转动轴502,从动轮齿503,主动齿轮504,步进电机505集成在面积 为150mmX300mm的电动升降台506上，通过支架507固定在真空靶室内。同步信号发生器 7接收激光光源1的10赫兹同步脉冲信号，同时触发步进电机505和电动升降台506。步 进电机6每走一部驱动靶在角向移动约200微米，每当盘状靶转动一周时步进电机506驱 动靶在径向上移动约200微米。激光焦斑直接为小于10微米，考虑到激光打靶时的热效应 等因素，这样的步长可以保证靶盘上相邻两个靶点距离足够远，相互之间不发生干扰。
[0029] 每个盘状靶材501的持续时间随靶盘半径的长度而改变。盘状靶材501的 材质和长度有多种可能性。可以选择常见的高原子序数金属材料，如铅或钽。半 径50mm的靶盘可以提供的打靶线长度约为3. 3X105mm，可以支持的打靶时间可达到 ^^1?16500秒《45.8小时。这么长的工作时间可以满足一般情况的正电子束使用需0.2x10 求。
[0030] 分离组件7采用二极磁铁，由于电子和正电子电荷极性相反、质量相同，在磁场作 用下电子束和正电子束分别向两边偏转，从而将残余电子束和正电子束分离。聚焦组件8 采用磁透镜，放置在正电子束出射方向，可以进一步优化正电子束的发散角。残余电子收集 组件9采用块状的聚四氟乙烯制成，放置在残余电子束出射方向，吸收残余电子，由于聚四 氟乙烯是由低原子序数材料构成，吸收残余电子时引起的辐射比较小，有利于本底辐射的 控制。
【主权项】
1. 一种激光等离子体脉冲正电子源，包含 〈1>激光光源（1)和真空靶室（2)，由激光光源（1)发射的激光束穿过真空靶室（2)的 窗口射在至于真空靶室（2)内的平面反射镜（3)上； 其特征在于： 〈2>真空靶室（2)内置平面反射镜（3)、离轴抛物面反射聚焦镜（4)、固体靶组件（5)、 分离组件（7)、聚焦组件（8)、残余电子吸收组件（9)。由平面反射镜（3)反射的激光束射 (Gr)在离轴抛物面反射聚焦镜（4)上； 〈3>所述的固体靶装置含有盘状靶材（501)，盘状靶材（501)固定在一个转动轴（502) 的一端，转动轴（502)的另一端安装从动齿轮（503)。从动齿轮（503)和主动齿轮（504)配 合，主动齿轮（504)由步进电机（505)驱动。上述元件至于电动升降台（506)上，固定在真 空靶室内的支架（507)上。 〈4>所述的分离组件（7)和激光光束共轴。 〈5>激光光源（1)、固体靶组件中的步进电机（505)、电动升降台（506)同时与同步信号 发生器（7)相连。
2. 根据权利要求1所述的激光等离子体脉冲正电子源，其特征在于所述的盘状靶材 (501)前表面置于激光焦点处。
3. 根据权利要求2所述的盘状靶材（501)，其特征在于采用高原子序数金属材料制成， 厚度根据计算进行调节。
4. 根据权利要求1所述的分离组件（7)，其特征在于所述的分离组件采用磁场分离或 电场分离的形式，磁场强度或电场强度根据产生的正电子束能量确定。
5. 根据权利要求1所述的聚焦组件（8)至于正电子束出射方向轴线上。
6. 根据权利要求1所述的残余电子吸收组件（9)的位置根据分离组件（7)的出射参数 确定，保证出射的残余电子尽可能多的被吸收。
【专利摘要】一种激光等离子体脉冲正电子源，包括激光光源、真空靶室。激光光源发射的激光穿过真空靶室的窗口射到至于真空靶室的平面反射镜上，平面反射镜反射的激光由离轴抛物面反射聚焦镜聚焦到固体靶组件中的前向盘状靶材上。至于真空靶室内部的固体靶组件中，盘状靶材固定在一个旋转轴上。驱动电机带动旋转轴转动，带动盘状靶转动。盘状靶、转动轴及驱动电机安装在一个电动升降台上。由同步信号发生器同步控制驱动电机、电动升降台和激光光源。本发明提供的激光等离子体脉冲正电子源，能够产生皮秒级脉冲正电子束，适用于正电子相关的探测和诊断。
【IPC分类】H05H6-00
【公开号】CN104735895
【申请号】CN201310706475
【发明人】谷渝秋, 吴玉迟, 闫永宏, 董克攻, 朱斌
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月20日