富春棋牌

您现在的位置: 河池高级中学 > 学校概况 > 校史校友 > 优秀学子 >
栏目导航
"
公告通知

清华工物系在太赫兹加速领域取得重大进展,相关成果论文第一作者

时间:2021-03-12 18:02 来源:微信转载 作者:河池高中信息技术社 点击:

胥汉勋,300班学(xue)生(sheng),2012年(nian)考取(qu)(qu)清(qing)华大学(xue),现为清(qing)华大学(xue)工程物理系博士生(sheng)。近日,清(qing)华大学(xue)工程物理系在太赫(he)兹(zi)加速领(ling)域取(qu)(qu)得(de)重大进展,相关(guan)成果(guo)发表在在《自然·光子学(xue)》(Nature Photonics)上,论文题为“相对论电子束的(de)(de)高梯度级(ji)联太赫(he)兹(zi)加速”(Cascaded high-gradient terahertz-driven acceleration of relativistic electron beams),胥汉勋为论文的(de)(de)第(di)一作者。

以下为清华新闻网的相关内(nei)容:

清华新闻网3月12日电 近(jin)日,清华大学工程物理系黄文会,颜立新团队完成(cheng)(cheng)了(le)(le)(le)世界上首(shou)次(ci)相对论电子束(shu)的(de)级联太赫兹(zi)加(jia)(jia)速(su)方案的(de)原理性验证实(shi)验,实(shi)现了(le)(le)(le)太赫兹(zi)波对相对论电子束(shu)的(de)两级级联加(jia)(jia)速(su),将太赫兹(zi)加(jia)(jia)速(su)领域的(de)加(jia)(jia)速(su)梯度(du)和能量增益(yi)提(ti)高了(le)(le)(le)一(yi)个量级。该成(cheng)(cheng)果填(tian)补了(le)(le)(le)长期以来(lai)在(zai)(zai)太赫兹(zi)加(jia)(jia)速(su)在(zai)(zai)高能段的(de)技术空(kong)白,验证了(le)(le)(le)一(yi)条切(qie)实(shi)可行的(de)高能量太赫兹(zi)加(jia)(jia)速(su)器的(de)技术路线,并(bing)为(wei)太赫兹(zi)加(jia)(jia)速(su)技术超快科学、强场物理、先进(jin)光源与新加(jia)(jia)速(su)器等领域的(de)应用带来(lai)全(quan)新的(de)机遇。

图1 级联太赫兹加(jia)速(su)器概念图

粒(li)(li)子加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)速器(qi)(qi)是现代科学发(fa)展(zhan)(zhan)的重要研究工具,人们通过(guo)大(da)型(xing)粒(li)(li)子对撞机研究物质世界的基(ji)本(ben)组(zu)成,利用先进的加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)速器(qi)(qi)光源(yuan)探(tan)索(suo)精细的微观结(jie)构。传统(tong)的射频加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)速器(qi)(qi)在过(guo)去的近百年中为现代科学的发(fa)展(zhan)(zhan)做出了巨(ju)大(da)贡献,然而受限(xian)于(yu)射频击穿(chuan)效应,基(ji)于(yu)传统(tong)射频加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)速技(ji)术(shu)(shu)的下一代高能粒(li)(li)子加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)速器(qi)(qi)面临装置结(jie)构复杂(za),造价昂贵(gui)等技(ji)术(shu)(shu)挑战。太赫兹加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)速技(ji)术(shu)(shu)以(yi)其超(chao)高的加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)速梯度、极(ji)短的脉冲(chong)宽度和(he)可靠的时(shi)间同(tong)步(bu)特性,有望将大(da)型(xing)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)速器(qi)(qi)缩小(xiao)到普(pu)通的实(shi)验(yan)室规模,在保(bao)证束流品质的同(tong)时(shi)极(ji)大(da)地(di)降(jiang)低了研究成本(ben),为下一代大(da)型(xing)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)速器(qi)(qi)的发(fa)展(zhan)(zhan)带来重大(da)的技(ji)术(shu)(shu)革新。

2015麻省理工(gong)学院(MIT)成功进(jin)行了(le)太赫(he)(he)兹低能(neng)电(dian)子(zi)加(jia)速(su)(su)(su)的原(yuan)理性验证。2016年,第一(yi)支太赫(he)(he)兹电(dian)子(zi)枪成功问(wen)世。随(sui)后,DESY、UCLA、CLARA及上海交(jiao)通大学等(deng)多家单位先(xian)后开(kai)展了(le)新型太赫(he)(he)兹加(jia)速(su)(su)(su)结构(gou)、太赫(he)(he)兹电(dian)子(zi)操控(kong)(kong)、太赫(he)(he)兹束(shu)(shu)流诊断等(deng)关键技(ji)术(shu)(shu)的研究,将(jiang)相关研究推向(xiang)了(le)新的热潮。然而,目前的研究多集(ji)中(zhong)在低能(neng)电(dian)子(zi)加(jia)速(su)(su)(su)领域,相对论(lun)(lun)(lun)电(dian)子(zi)的太赫(he)(he)兹加(jia)速(su)(su)(su)由于缺少超强太赫(he)(he)兹辐射源、高品质(zhi)超短超快电(dian)子(zi)束(shu)(shu)以(yi)及精密的同步控(kong)(kong)制技(ji)术(shu)(shu),近(jin)年来一(yi)直发展缓慢。此外,相对论(lun)(lun)(lun)电(dian)子(zi)束(shu)(shu)的级联加(jia)速(su)(su)(su)作为加(jia)速(su)(su)(su)器迈(mai)向(xiang)高能(neng)不可(ke)缺少的核(he)心技(ji)术(shu)(shu),仍是(shi)太赫(he)(he)兹加(jia)速(su)(su)(su)领域中(zhong)一(yi)个未被攻克(ke)的难题(ti)。寻找合(he)适(shi)的加(jia)速(su)(su)(su)方案,实现相对论(lun)(lun)(lun)电(dian)子(zi)束(shu)(shu)的级联加(jia)速(su)(su)(su),将(jiang)会极大的推动(dong)太赫(he)(he)兹加(jia)速(su)(su)(su)技(ji)术(shu)(shu)的发展。

图2 高(gao)梯度级联太赫兹加(jia)速实(shi)验示意图

清(qing)华(hua)大学工程物理(li)(li)系(xi)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)器(qi)实(shi)验(yan)室长(zhang)期致(zhi)力(li)于高(gao)亮(liang)度(du)电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(shu)物理(li)(li)、技(ji)术(shu)与应用的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)。瞄准这个(ge)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)方(fang)向,2017年7月黄文会、唐传祥教授(shou)提出(chu)在(zai)工程物理(li)(li)系(xi)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)器(qi)实(shi)验(yan)室发展太(tai)(tai)赫(he)(he)(he)兹(zi)(zi)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)技(ji)术(shu),深入(ru)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)新(xin)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)原理(li)(li)的(de)(de)(de)(de)核心物理(li)(li)与创新(xin)技(ji)术(shu),进(jin)(jin)而建设紧凑(cou)型全(quan)(quan)光太(tai)(tai)赫(he)(he)(he)兹(zi)(zi)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)器(qi)实(shi)验(yan)平(ping)台的(de)(de)(de)(de)基(ji)本构想。博(bo)士(shi)生(sheng)胥(xu)汉勋深入(ru)开(kai)展了太(tai)(tai)赫(he)(he)(he)兹(zi)(zi)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)实(shi)验(yan)的(de)(de)(de)(de)理(li)(li)论分(fen)析(xi)和物理(li)(li)设计,与团(tuan)(tuan)队(dui)成员(yuan)于2018年4月和2019年12月在(zai)清(qing)华(hua)大学加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)器(qi)实(shi)验(yan)室汤(tang)姆逊散射(she)源(yuan)束(shu)(shu)线上开(kai)展高(gao)梯(ti)度(du)级(ji)联(lian)太(tai)(tai)赫(he)(he)(he)兹(zi)(zi)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)实(shi)验(yan)。研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)团(tuan)(tuan)队(dui)采用灵巧的(de)(de)(de)(de)双束(shu)(shu)实(shi)验(yan)方(fang)案(如图(tu)2所(suo)示(shi)),利用驱动电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(shu)基(ji)于相(xiang)干渡越(yue)辐射(she)(coherent transition radiation,CTR)产生(sheng)强(qiang)太(tai)(tai)赫(he)(he)(he)兹(zi)(zi)脉冲(chong),在(zai)太(tai)(tai)赫(he)(he)(he)兹(zi)(zi)介质管加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)器(qi)中对后续跟随的(de)(de)(de)(de)超短电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(shu)进(jin)(jin)行(xing)两级(ji)同(tong)步加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)。该(gai)方(fang)案利用同(tong)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)驱动激(ji)光在(zai)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)器(qi)束(shu)(shu)线上同(tong)时产生(sheng)强(qiang)太(tai)(tai)赫(he)(he)(he)兹(zi)(zi)波(bo)(132μJ)和超短的(de)(de)(de)(de)相(xiang)对论电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(shu)(34.3 MeV,460fsFWHM)并保证(zheng)了二者的(de)(de)(de)(de)天然的(de)(de)(de)(de)时间同(tong)步特(te)性(xing),使得强(qiang)太(tai)(tai)赫(he)(he)(he)兹(zi)(zi)电(dian)(dian)(dian)(dian)场(chang)(1.1 GV/m)能(neng)够稳定(ding)的(de)(de)(de)(de)对相(xiang)对论电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(shu)进(jin)(jin)行(xing)同(tong)步加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)。经过不断调试和优(you)化,研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)团(tuan)(tuan)队(dui)成功(gong)的(de)(de)(de)(de)实(shi)现(xian)(xian)了太(tai)(tai)赫(he)(he)(he)兹(zi)(zi)波(bo)对相(xiang)对论电(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)束(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)级(ji)联(lian)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su),观测到了清(qing)晰的(de)(de)(de)(de)全(quan)(quan)束(shu)(shu)团(tuan)(tuan)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)现(xian)(xian)象,所(suo)实(shi)现(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)梯(ti)度(du)(155 MV/m)和加(jia)(jia)(jia)(jia)速(su)(su)(su)(su)(su)能(neng)量(liang)(204 keV)相(xiang)较于当前世界上已报(bao)道的(de)(de)(de)(de)结果提高(gao)了一个(ge)量(liang)级(ji)(如图(tu)3、4)。

图3 单级太(tai)赫兹加速(su)实(shi)验(yan)结果

图4 级联太赫兹(zi)加速实验结果

相关成(cheng)果发(fa)表(biao)在(zai)在(zai)《自(zi)然(ran)·光(guang)(guang)子学(xue)》(Nature Photonics)上,论文题为“相对(dui)论电子束(shu)的(de)高(gao)梯度(du)级联太(tai)赫兹(zi)(zi)加(jia)速(su)(su)(su)”(Cascaded high-gradient terahertz-driven acceleration of relativistic electron beams)。《自(zi)然(ran)·光(guang)(guang)子学(xue)》的(de)评审人对(dui)该研(yan)究成(cheng)果高(gao)度(du)评价,认为这(zhei)是(shi)“太(tai)赫兹(zi)(zi)加(jia)速(su)(su)(su)领(ling)域内里(li)程(cheng)碑式(shi)的(de)突破(po)”。这(zhei)一研(yan)究成(cheng)果是(shi)太(tai)赫兹(zi)(zi)加(jia)速(su)(su)(su)领(ling)域中的(de)重(zhong)大技(ji)术(shu)突破(po),验(yan)(yan)证(zheng)了(le)太(tai)赫兹(zi)(zi)加(jia)速(su)(su)(su)技(ji)术(shu)走向高(gao)能的(de)技(ji)术(shu)可(ke)行(xing)性,有望将大型加(jia)速(su)(su)(su)器缩小到普通实(shi)验(yan)(yan)室规模(mo)(mo)甚(shen)至桌面规模(mo)(mo)。目前,清华(hua)大学(xue)工程(cheng)物理系正在(zai)积极开展(zhan)和推动全光(guang)(guang)太(tai)赫兹(zi)(zi)加(jia)速(su)(su)(su)实(shi)验(yan)(yan)平台的(de)理论研(yan)究和物理设计工作,致力于建设世界一流的(de)太(tai)赫兹(zi)(zi)加(jia)速(su)(su)(su)实(shi)验(yan)(yan)及应用研(yan)究平台。

清(qing)华(hua)大(da)学工(gong)(gong)程(cheng)物(wu)(wu)理系(xi)(xi)(xi)2016级(ji)(ji)博(bo)士(shi)生胥汉勋为(wei)论文的(de)第一作者,清(qing)华(hua)大(da)学工(gong)(gong)程(cheng)物(wu)(wu)理系(xi)(xi)(xi)黄文会教授(shou)为(wei)通(tong)讯作者。参加该(gai)工(gong)(gong)作的(de)还有工(gong)(gong)程(cheng)物(wu)(wu)理系(xi)(xi)(xi)的(de)颜立(li)(li)新副教授(shou)、杜应超副教授(shou)、李任恺教授(shou)、施嘉儒(ru)副教授(shou)、唐传(chuan)祥(xiang)教授(shou)以及工(gong)(gong)程(cheng)物(wu)(wu)理系(xi)(xi)(xi)2017级(ji)(ji)博(bo)士(shi)生田其立(li)(li)、2016级(ji)(ji)博(bo)士(shi)生梁一凡(fan)和2018级(ji)(ji)博(bo)士(shi)生顾绍弘。该(gai)研究(jiu)得到了国家自(zi)然学科基金(jin)和挑战计划的(de)支(zhi)持。

(责任编辑:河池高中信息(xi)技术(shu)社)

------分隔线----------------------------