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激光尾场电子加速器(LWFA)备受青睐 国内外研发均已取得显著进展

2025-09-18 17:42      责任编辑:王昭    来源:www.newsijie.com    点击:
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激光尾场电子加速器(LWFA)备受青睐 国内外研发均已取得显著进展

  激光尾场电子加速器(LWFA)是一种基于等离子体尾波场的电子加速器。激光尾场电子加速是由激光驱动的电子加速技术,原理是通过激光与等离子体相互作用产生稳定的尾波场,将电子从气体中击出,形成高能电子束。

  激光驱动粒子加速器根据加速粒子种类不同,分为电子加速器、离子加速器,根据实现或增强粒子、光场耦合媒介不同,又分为激光等离子体加速器、激光太赫兹加速器、激光电介质加速器等,其中以激光等离子体尾场电子加速器备受青睐。

  高能电子束是自由电子激光器核心工作物质,其产生依赖粒子加速器,但传统射频加速器体积庞大、价格昂贵,难以有效推广。相比于传统射频加速器,激光尾场电子加速器具有高流强、短脉冲、结构紧凑等优势。激光尾场电子加速器为离子加速器小型化提供了新途径,因此备受青睐。

  根据新思界产业研究中心发布的《2025-2029年激光尾场电子加速器(LWFA)行业市场深度调研及投资前景预测分析报告》显示,激光尾场电子加速器于上世纪70年代末被提出,近年来,激光尾场电子加速器在电子束品质、电子能量、稳定性、应用等方面取得了显著进展。

  激光尾场电子加速器在核物理、粒子物理、材料科学、生物医疗、基础科学、能源、半导体光刻等领域具有广阔应用前景。激光尾场电子加速器可产生波长短于13.5纳米的辐射源,且该辐射源具有单色性、相干性、可精确调谐等特点,适用于下一代半导体光刻。

  等离子体的尾场加速机制需由极高功率的激光驱动,近年来,拍瓦级激光(峰值功率达到千万亿瓦级别)的发展,为激光尾场电子加速器研发奠定了基础。目前国内外已建成多个拍瓦级激光装置,如美国密歇根大学的zeus系统、上海超强超短激光实验装置等。

  激光尾场电子加速器相关企业包括TAU Systems、Inversion Semiconductor公司等。Inversion Semiconductor公司技术核心是利用激光尾流场加速方法的“台式”粒子加速器;TAU Systems的紧凑型激光尾波场加速器已实现测试,2025年TAU Systems宣布与泰雷兹(Thales)合成,以提供完整的商用激光驱动粒子与辐射源。

  新思界行业分析人士表示,全球范围内,激光尾场电子加速器研究单位包括美国劳伦斯-伯克利国家实验室、美国得克萨斯大学、德国汉堡大学、韩国基础科学研究所、中国科学院上海光学精密机械研究所、中国工程物理研究院、上海交通大学、清华大学、国防科技大学等。以上单位为激光尾场电子加速器的创新发展作出了重要贡献。

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