一種全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及核應用技術領域，具體涉及一種全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法。
【背景技術】
[0002]康普頓伽瑪光束是利用相對論電子束和高功率激光發生康普頓散射而產生的新型伽瑪射線束。由于其具有高通量、短脈沖、準單色、方向性好、能量連續可調、高偏振等優異性能，曾被《科學》雜志評為超短脈沖領域內最具潛力的新型輻射源，在醫學和生物學成像、癌癥治療、超快研宄、電子束診斷、工業探傷、特殊核物質(材料)檢測、核結構、光核物理等領域有廣泛的應用前景。然而，目前的康普頓伽瑪光源主要由射頻電子加速器驅動產生，需利用大量的高功率微波和磁鐵系統，其耗資相對昂貴，占地面積較大，不利于大范圍普及。
[0003]正電子是電子的反粒子，它和電子的質量相等，所帶電荷也和電子電荷相等，只是帶正電子荷。同伽瑪射線源一樣，正電子可用于醫學成像和作為一種科學研宄的探針。在科學研宄中，基于正電子煙滅譜學(PAS)技術的正電子是原子物理、材料科學和固體物理研宄領域的非常有用的工具。PAS使用的慢正電子束通常來自天然放射源，或者高能粒子束打靶產生的連續或長脈沖正電子。
[0004]目前，通常實驗研宄用的正電子主要來源于放射性同位素22Na等β+衰變體，需要占地較大且造價相對昂貴的電子直線加速器和核反應堆等大型設施。基于β+衰變的正電子束裝置簡單且成熟，但發射的連續正電子譜能量低，產額也不高；電子直線加速器產生的相對論電子與高Z靶相互作用，可以獲得108/s的正電子束，然而它們的脈沖長度較長，通常為幾十皮秒；因此，難以滿足前沿基礎和應用研宄的需要，亟待探索產生正電子的新方法。
[0005]縮短正電子束脈沖和提高其流強是正電子源研宄的關鍵問題，它可有效增加正電子煙滅譜儀的精度，進而打開一扇利用泵浦-探測型的PAS來研宄材料和生物體結構的超快動力學的大門。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法，能同時產生超短脈沖的康普頓伽瑪光與正電子束，與傳統的正電子源相比，具有超短脈沖結構、能量高且可調范圍廣的束流特性，可應用于泵浦-探測型的正電子煙滅譜學等研宄領域。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
[0008]一種全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法，利用一束超短超強激光脈沖將毛細管氣體通道中的氣體分子電離，產生并同步加速電子以獲得強流、超短脈沖(飛秒或阿秒)的電子束；所述電子束與另一束超短超強激光脈沖發生康普頓散射產生一個全光學的康普頓伽瑪光源，繼而與正電子轉換靶(高Z靶)相互作用，通過正負電子對物理機制產生大量的正負電子對，經分離后產生一個亞百飛秒量級的兆電子伏正電子束。
[0009]根據以上方案，所述超短超強激光脈沖由高功率激光源產生，經激光聚焦和反射裝置的反射和聚焦后分成兩束。
[0010]根據以上方案，所述激光聚焦和反射裝置包括激光反射鏡和離軸拋物面鏡(聚焦鏡)。
[0011]根據以上方案，所述康普頓伽瑪光的脈沖周期為飛秒或阿秒級。
[0012]根據以上方案，所述正負電子對的分離裝置為二極磁鐵。
[0013]根據以上方案，所述康普頓伽瑪光與正電子轉換靶相互作用前，還通過二極磁鐵使激光加速的電子束偏離和引出，以避免干擾后續超短脈沖正電子的產生。
[0014]本發明產生的康普頓伽瑪光源無需利用大量的高功率微波和磁鐵系統，因而被稱為全光學的康普頓伽瑪光源。利用上述伽瑪光和正電子轉換靶相互作用，通過正負電子對物理機制(即γ+Ζ — e++e_+Z)產生亞百飛秒量級的兆電子伏正電子束。
[0015]本發明的有益效果是:
[0016]I)與傳統方法相比，本發明的康普頓伽瑪光源無需利用大量的高功率微波和磁鐵系統，為全光學系統，設備耗資較少，且占地面積較小，有利于大范圍普及使用；
[0017]2)本發明產生的正電子束為亞百飛秒量級的高能正電子束，能級為幾兆至十幾兆電子伏，具有超短脈沖結構、能量高且可調范圍廣的束流特性；
[0018]3)本發明產生的正電子束可應用于開展泵浦-探測型的正電子煙滅譜學、材料和生物體內部的超快結構動力學等領域的研宄。
[0019]4)本發明能同時產生康普頓伽瑪光與超短脈沖正電子束，亦可以只產生康普頓伽瑪光，應用相關研宄領域。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的原理示意圖。
[0021]圖中:L0、激光源；L1、L2、超短超強激光脈沖；C1、毛細管等離子體通道；E1、電子束；B1、B2、二極磁鐵；M1-M5、激光聚焦和反射裝置；G1、康普頓伽瑪光；T1、正電子轉換靶；Pl、正電子束。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖與實施例對本發明的技術方案進行說明。
[0023]本發明提供一種全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法，通過高功率激光源LO發射超短超強激光脈沖，被激光聚焦和反射裝置Ml分成兩束，即超短超強激光脈沖LI和超短超強激光脈沖L2 ;所述超短超強激光脈沖LI經激光反射和聚焦裝置Μ2-Μ4后注入毛細管氣體通道Cl，將所述毛細管氣體通道Cl中的氣體分子電離，并同步加速被電離的大量電子以獲得強流、超短脈沖的電子束El ;所述超短超強激光脈沖L2與上述過程產生的所述電子束El發生康普頓散射，并產生飛秒或阿秒級康普頓伽瑪光Gl，所述伽瑪光Gl經二極磁鐵BI作用后使激光加速的電子束El偏離和引出，然后所述康普頓伽瑪光Gl與正電子轉換靶Tl相互作用，通過正負電子對物理機制產生大量的正負電子對；所述正負電子對經二極磁鐵B2作用后，將大量的正電子從電子束El中分離，最終匯成超短脈沖的兆電子伏正電子束P1。
[0024]以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的相關技術人員應當理解:可以對本發明進行修改或者同等替換，但不脫離本發明精神和范圍的任何修改和局部替換均應涵蓋在本發明的權利要求范圍內。
【主權項】
1.一種全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法，其特征在于，利用一束超短超強激光脈沖將毛細管氣體通道中的氣體分子電離，產生并同步加速電子以獲得強流、超短脈沖的電子束；所述電子束與另一束超短超強激光脈沖發生康普頓散射產生一個全光學的康普頓伽瑪光源，繼而與正電子轉換靶相互作用，通過正負電子對物理機制產生大量的正負電子對，經分離后產生一個亞百飛秒量級的兆電子伏正電子束。2.根據權利要求1所述的全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法，其特征在于，所述超短超強激光脈沖由高功率激光源產生，經激光聚焦和反射裝置的反射和聚焦后分成兩束。3.根據權利要求2所述的全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法，其特征在于，所述激光聚焦和反射裝置包括激光反射鏡和離軸拋物面鏡。4.根據權利要求1所述的全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法，其特征在于，所述康普頓伽瑪光的脈沖周期為飛秒或阿秒級。5.根據權利要求1所述的全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法，其特征在于，所述正負電子對的分離裝置為二極磁鐵。6.根據權利要求1所述的全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法，其特征在于，所述康普頓伽瑪光與正電子轉換靶相互作用前，還通過二極磁鐵使激光加速的電子束偏離和引出，以避免干擾后續超短脈沖正電子的產生。
【專利摘要】本發明提供一種全光學康普頓伽瑪光及超短脈沖正電子束的產生方法，利用一束超短超強激光脈沖將毛細管氣體通道中的氣體分子電離，產生并同步加速電子以獲得強流、超短脈沖的電子束；所述電子束和另一束超短超強激光脈沖發生康普頓散射產生一個全光學的飛秒脈沖康普頓伽瑪光源，繼而與正電子轉換靶(高Z靶)相互作用，通過正負電子對物理機制產生大量的正負電子對，經分離后產生一個亞百飛秒量級的兆電子伏正電子束。本發明能同時產生超短脈沖的康普頓伽瑪光與正電子束，與傳統的正電子源相比，具有超短脈沖結構、能量高且可調范圍廣的束流特性，可應用于泵浦-探測型的正電子湮滅譜學等研究領域。
【IPC分類】G21G4/06, G21K5/00
【公開號】CN104979033
【申請號】CN201510242725
【發明人】羅文 , 宋英明, 艾念, 朱志超, 王曉冬
【申請人】南華大學, 孝感市中心醫院
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年5月13日