強(qiáng)激光驅(qū)動離子加速有望實(shí)現(xiàn)緊湊型、超快強(qiáng)流離子源的產(chǎn)生，在腫瘤放療、質(zhì)子照相、同位素生產(chǎn)及快點(diǎn)火聚變等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。靶后法線鞘層加速（TNSA）機(jī)制，是目前研究最廣泛的激光離子加速機(jī)制，相較于光壓加速等機(jī)制，其優(yōu)勢在于實(shí)驗(yàn)條件要求相對容易，所產(chǎn)生的離子源參數(shù)穩(wěn)定性較好。當(dāng)前，“羲和”激光裝置、ELI裝置等數(shù)拍瓦（PW）級飛秒激光裝置已相繼建成，因此利用PW飛秒激光驅(qū)動TNSA機(jī)制，有望獲得滿足實(shí)際應(yīng)用需求的離子束。

　　近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究團(tuán)隊(duì)，依托“羲和”激光裝置，在中等對比度PW飛秒激光加速高能質(zhì)子束研究方面取得進(jìn)展。

　　研究團(tuán)隊(duì)采用不同對比度的PW激光與微米靶開展相互作用實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在TNSA機(jī)制下，采用中等對比度激光可獲得更高能的質(zhì)子束。研究表明，靶前預(yù)等離子體可增強(qiáng)電子加速，進(jìn)而提升質(zhì)子加速效果，而靶后預(yù)等離子體則會弱化鞘層場，對質(zhì)子加速產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，在中等對比度激光條件下，靶前預(yù)等離子體具備足夠標(biāo)長，可有效提高靶前電子加速；靶后預(yù)等離子體的標(biāo)長較短，能夠降低靶后鞘層場衰減，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)最佳質(zhì)子加速效果。

　　該研究將TNSA機(jī)制中的預(yù)等離子體效應(yīng)拓展至更高參數(shù)空間（數(shù)拍瓦，1021 W/cm2），對推動TNSA質(zhì)子源應(yīng)用具有重要意義。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《高功率激光科學(xué)與工程》（High Power Laser Science and Engineering）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院的支持。

 
(a) 實(shí)驗(yàn)布置示意圖，插圖是激光的納秒和皮秒對比度；(b)—(c) 不同對比度激光加速質(zhì)子結(jié)果；(d)—(e) 質(zhì)子截止能量和電子溫度隨靶前和靶后預(yù)等離子體標(biāo)長變化的模擬結(jié)果