用于生成聚焦強(qiáng)電流帶電粒子束的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于生成高電流的聚焦帶電粒子束的方法以及用于生成這種粒子束的裝置。
[0002]更具體地，本發(fā)明涉及用于生成高電流的聚焦脈沖帶電粒子束的方法，所述粒子束具有例如皮秒量級(jí)的持續(xù)時(shí)間、千安培量級(jí)的電流以及由具有兆電子伏量級(jí)的能量的粒子形成。
【背景技術(shù)】
[0003]例如，通過(guò)高功率激光和固體靶或氣體靶之間的相互作用可生成這種粒子束。
[0004]這些粒子束通常是高度發(fā)散的且期望能夠聚焦它們用于諸如物理現(xiàn)象、慣性聚變的探測(cè)或者生成強(qiáng)輻射的應(yīng)用。
[0005]遺憾的是，這種粒子束的強(qiáng)度使它們難于聚焦。因此，通常用于在粒子加速器中聚焦帶電粒子束的四極磁鐵被強(qiáng)束的電磁場(chǎng)擾亂從而不能夠合適地工作。
[0006]已知彩色聚焦裝置，例如在由T.Toncian等人撰寫(xiě)的“Ultrafast laser-drivenmicrolens to focus and energy-select mega-electron volt protons，，(SCIENCE，第312卷，2006年4月21日)中描述的彩色聚焦裝置，然而，這種裝置選擇在粒子束光譜內(nèi)的能量，因此大部分的粒子束未被聚焦。
[0007]因此，需要能夠生成高電流的聚焦脈沖帶電粒子束的發(fā)生裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為此目的，根據(jù)本發(fā)明，一種用于生成聚焦帶電粒子束的方法至少包括以下步驟:
[0009]a)生成帶電粒子束；
[0010]b)發(fā)射激光脈沖；
[0011]c)通過(guò)所述激光脈沖與靶之間的相互作用在所述靶中生成聚焦的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)；以及
[0012]d)使所述帶電粒子束至少部分地透過(guò)所述聚焦的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
[0013]憑借這些設(shè)置，在所述靶中可以生成強(qiáng)烈且緊湊的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。這些場(chǎng)的振幅足以聚焦高電流的脈沖帶電粒子束，而它們基本上不受到由所述粒子束生成的場(chǎng)的干擾。對(duì)于帶電粒子束的通過(guò)的整個(gè)持續(xù)時(shí)間(例如幾皮秒)，該聚焦可以是穩(wěn)定的，從而允許脈沖帶電粒子束的消色差聚焦。該聚焦強(qiáng)度可調(diào)整為激光脈沖強(qiáng)度的函數(shù)。僅僅通過(guò)改變生成磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的激光脈沖的相對(duì)于脈沖帶電粒子束的傳播方向的傳播方向可以實(shí)現(xiàn)正帶電粒子或負(fù)帶電粒子的聚焦。
[0014]在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，而且可以可選地依賴(lài)于以下設(shè)置中的一個(gè)和/或另一個(gè):
[0015]-激光脈沖具有基本上在一太瓦和約百太瓦之間的功率；
[0016]-激光脈沖具有基本上介于約10飛秒和約10皮秒之間的持續(xù)時(shí)間；
[0017]-在步驟c)的過(guò)程中，激光脈沖在焦斑層面聚焦在靶上，且在步驟d)的過(guò)程中，帶電粒子束至少部分地通過(guò)所述焦斑；
[0018]-所述靶至少部分地由金屬制成；
[0019]-所述靶至少部分地由選自包括金、銅和鋁的列表的金屬制成；
[0020]-所述靶基本上沿著在正面和背面之間的延伸平面延伸，所述正面和背面在與該延伸平面垂直的厚度方向上彼此相對(duì)且被在所述厚度方向上測(cè)量的厚度隔開(kāi)，且在步驟d)的過(guò)程中，所述束在所述厚度方向上基本上通過(guò)所述靶；
[0021]-所述革E的厚度基本上介于500納米和約I百微米之間；
[0022]-生成粒子束的步驟a)包括發(fā)射所生成的激光脈沖以及通過(guò)所述生成的激光脈沖和所生成靶之間的相互作用生成非聚焦粒子束。
[0023]本發(fā)明的主題還為用于生成聚焦帶電粒子束的裝置，該裝置包括:
[0024]用于生成帶電粒子束的器件；
[0025]用于發(fā)射激光脈沖的激光源；
[0026]靶，所述靶通過(guò)所述激光脈沖與所述靶的相互作用而用于生成聚焦磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，所述帶電粒子束至少部分地透入所述磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)中。
[0027]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，用于生成帶電粒子束的器件可以可選擇地包括:
[0028]用于發(fā)射生成的激光脈沖的激光源；以及
[0029]生成靶，當(dāng)所述生成的激光脈沖與所述生成靶相互作用時(shí)用于生成帶電粒子束。
【附圖說(shuō)明】
[0030]參照附圖，在作為非限制性示例而給出的本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式的下列描述的過(guò)程中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
[0031]在附圖中:
[0032]-圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于聚焦高電流帶電粒子束的裝置以及用于生成聚焦的高電流帶電粒子束的裝置的示意圖；
[0033]-圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的在用于生成聚焦的高電流帶電粒子束的方法的實(shí)施方式中第一激光脈沖和第一靶之間的相互作用的詳細(xì)的示意圖；
[0034]-圖3a和圖3b為根據(jù)本發(fā)明的用于聚焦高電流帶電粒子束的裝置以及用于生成聚焦的高電流帶電粒子束的裝置的兩個(gè)實(shí)施方式的示意圖；
[0035]-圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于聚焦高電流帶電粒子束的方法的詳細(xì)的示意圖；以及
[0036]-圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于生成聚焦的高電流帶電粒子束的方法的實(shí)施方式的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]在各個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。
[0038]本發(fā)明涉及用于生成高電流的聚焦的脈沖帶電粒子束10的方法。
[0039]這種粒子束10可具有皮秒量級(jí)的持續(xù)時(shí)間，例如在幾十飛秒和幾十皮秒之間，例如300飛秒。
[0040]這種粒子束10可具有千安培量級(jí)(例如幾安至幾兆安)的電流，且由能量高達(dá)幾十兆電子伏(例如達(dá)60兆電子伏)的粒子形成。
[0041]有利地，粒子束10可包括相當(dāng)大部分的具有的能量大于兆電子伏的粒子，例如大于一半的粒子。
[0042]這種束例如用在諸如物理現(xiàn)象、慣性聚變的探測(cè)或生成強(qiáng)輻射的應(yīng)用中。
[0043]參照?qǐng)D1至圖5，這種束10可例如通過(guò)高功率生成的激光脈沖20和生成的靶30之間的相互作用而生成。
[0044]生成的激光脈沖20可具有高功率，例如約一百太瓦。
[0045]激光束可例如由能量約30焦耳和持續(xù)時(shí)間約300飛秒的脈沖構(gòu)成。在其它實(shí)施方式中，第一激光脈沖的強(qiáng)度可例如介于幾焦耳和幾千焦耳之間，且該激光脈沖的持續(xù)時(shí)間可介于幾十飛秒和幾十皮秒之間。
[0046]生成的激光脈沖20可通過(guò)高功率且沿著傳播方向Xu傳播的第一激光源21生成
(1100)O
[0047]生成的革El 30可為固體革[1、液體革巴、或氣體革巴，如在由T.Toncian等人撰寫(xiě)的‘‘Ultrafast laser-driven microlens to focus and energy-select mega-electron voltprotonS”(SCIENCE，第312卷，2006年4月21日)以及在該文章中所引用的參考文獻(xiàn)中描述的，例如厚度為15微米的鋁膜。
[0048]它可基本上沿著延伸平面YtiZti延伸。
[0049]生成的脈沖20和生成的靶30之間的相互作用(1200)可至少部分地通過(guò)使所述脈沖在所述靶上聚焦而獲得。
[0050]因此，通過(guò)光學(xué)聚焦裝置，在限制尺寸的焦斑32的層面上，在生成的靶30的正面31上聚焦生成的激光脈沖20，所述限制尺寸例如為半最大強(qiáng)度值全寬度(“Full Width atHalf Maximum, FWHM”)約 6 微米。
[0051]通過(guò)使定位在焦斑32的層面上的靶30的原子電離，該激光脈沖20在生成的靶30的正面31的層面上形成等離子體34。
[0052]激光脈沖20加熱生成的靶30，且將相當(dāng)多的熱量傳遞給所述靶30的電子，這可使所述電子的部分35通過(guò)所述靶，以便在背面33的層面上從靶逃逸，所述背面33為在第一靶的厚度方向Xn上，生成靶30的與正面31相對(duì)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]在一個(gè)實(shí)施方式中，生成的靶30的厚度方向乂?和該第一