面向激光驱动质子束应用的弱聚焦磁场束线设计研究

随着高功率激光技术的进步,激光等离子体加速因其优异的加速结构获得迅速发展,现已获得近百MeV质子以及数GeV电子输出.激光驱动质子束具有μm量级尺寸、ps量级脉冲长度的优异品质.由于强激光场的存在,原位直接应用存在一定困难,因而更多应用场景需要通过束线把质子束传输到应用端.激光加速离子束由于具有宽能谱和大散角的特点,通过束线传输具有一定困难.常梯度磁场中的弱聚焦作用具有特别的优势:在水平和竖直方向可同时聚焦,在水平方向可进行能量分析,在水平和竖直方向的聚焦力可以通过磁场降落指数n进行分配,色差效应影响较小.通过对质子束在弱聚焦磁场中运动的束流动力学的研究,探索了弱聚焦作用在大能散、大散角质子束聚焦和能量分析中的要求、特点和优势.在合适的束流光学设计中,可以实现聚焦、选能的同时,压缩脉冲长度,有效缩减束线尺寸,优势显著.