一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置，其包括两组激光装置用于投射不同波长的激光光束，以及设成同心圆靶心结构的离子标靶源及同心圆外围结构的环状光学阴极，其中，所述离子标靶源接受其中一组激光装置的激光光束的照射，且瞬间生成离子束团，所述环状光学阴极接受另一组激光装置的激光光束的照射，且瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云，以捕获所述离子标靶源瞬间生成的离子束团且将其封入在所生成的电子云之内。本发明专利技术还公开了一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法。本发明专利技术具有在极短距离内可加速到光速的有益效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生成中空电子云的装置，尤指一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法及其装置。
技术介绍
在受时间、空间限制的带电粒子束团(charge bunch)上，将具有很强射线强度的电子聚束(electron bunch)在短距离内加速到超过数亿电子伏特(GeV)高能量的方法，从1950年中旬开始就有研究员提出专利技术和建议。例如，美国的贝内德(Bennett)最早提出电子聚束的加速方法，而苏联的贝克斯勒(Veksler)提出的方案既明确又容易在短距离内实现加速电子聚束。 1950年的瑞士日内瓦加速器国际会议，苏联的杜布那(Dubna)、贝克斯勒(Veksler)和布朵卡(Budker)共同发表有关带电粒子利用大强度、高密度电子聚束的离子加速理论和实验。 其中所述的离子，意指包括质子的所有带电离子，而被称为重离子时，指的是在元素表上重量大于氦重量以上的带电离子。 1967年的英国剑桥加速器国际会议上，苏联的贝克斯勒(Veksler)发表将100亿个质子从15m距离处加速到1GeV的诱导线形加速器(induction linac)模型。 此革新性的离子/电子聚束加速法，造成世界上的主要研究所争相钻研相关理论和实验。例如，美国劳伦斯伯克莱实验室(LBL， Lawrence BerkleyLaboratory)发表了电子圈加速器(ERA, Electron Ring Accelerator)系统；马里兰(Maryland)大学则着眼于研究大强度电子射线的电子圈加速器(ERA);电子圈和诱导线形加速器专利技术人克利斯非罗斯(Christfilos)在美国劳伦斯立卫莫国家实验室(Lawrence Livermore NationalLaboratory)启动核融合技术发展电子圈加速器(ERA)。 所称的电子圈加速器(ERA)的工作原理，如图l所示，首先将未中和的电子束射入(injection)到一个有轻度聚焦作用的纵向磁场中形成电子圈。尔后，磁场强度随时间上升，以便使磁场中的电子圈的长、短半径都得到压縮，并将电子圈中的电子能量进一步提高。此时，由于电子圈的电子与气体分子碰撞产生了大量离子，且这些离子被电子圈的位能障壁(Barrier)所俘获， 一方面中和了电子的空间电荷力，使电子圈保持形状；另一方面也提供了电子圈和它俘获的离子同时加速。将电子圈和它俘获的离子同时加速的方式有两种一是使用加速腔产生出沿磁力线方向的电场，一是使用沿纵向距离逐渐减弱的磁场径向分量的洛仑兹力。所以，上述电子圈和它俘获的离子能够以多大的加速率进行加速，显然受限及决定于沿磁力线方向的最大电场以及使离子保持在电子圈内的保持能力。 所以，当前对于电子圈加速器(ERA)的主要研究方向，就在于提高使离子保持在电子圈内的保持能力。例如，美国劳伦斯伯克莱实验室(LBL)发表的电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，是利用弱小收束方式，用一次(oneturn)入射的电子回旋加速器方式，使其在时间上生成变化的轴磁场；拉斯雷特 塞斯勒(A. Sessler)发表的电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，是利用在阴极(cathode)上生成大电子圈，再射入到在轴方向减少的静态轴的磁场；而马里兰(Maryland)大学发表的电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，是利用在阴极(cathode)上生成大的中空电子射线，再射入卡斯夫磁场(Cuspmagneticfield)。 但，上述的任何一种电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，均以在轴方向縮短所形成的电子圈的方式作为主流，在这种情况下，所需的电流量很高，会发生各种射线不稳定性的问题，要稳定电子聚束(electron bunch)极为困难。 另一方面，由于近年来大型同步辐射加速器、高能质子加速器及直线型电子和质子对撞器的成熟发展，导致朝向用电子、质子加速到数百GeV或TeV领域的电子圈加速器(ERA)的研究开发，渐渐地衰退了。
技术实现思路
本专利技术的主要专利技术目的，即在于提供一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法及装置，不需要将电子束射入(injection)到纵向磁场中以形成电子圈，可以解决现有技术中所述的大电流电子圈加速器(ERA)存在电子射线不稳定性的问题。 本专利技术提供一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法，是利用两组激光装置投射不同波长的激光光束，分别投射到位于中央的离子标靶源及包围在外围的环状光学阴极，使得环状光学阴极瞬间生成中空状或中空圆筒状电子聚束(或称电子束团或电子云)，以捕获离子标靶源瞬间生成的离子束团(ion bunch)，且将该离子束团封入在所生成的电子聚束之内，在极短距离内可加速到百MeV/m以上。 本专利技术提供一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置，包括 —第一激光装置，用于射出激光光束且使电子发生源瞬间生成电子云； —第二激光装置，用于射出激光光束且使得离子发生源瞬间生成离子束团； —环状光学阴极，接受所述第一激光装置射出的激光光束瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云； —离子标靶源，设于所述环状光学阴极的中央与所述环状光学阴极形成同心圆，且接受所述第二激光装置射出的激光光束瞬间生成被封入在所述中空状或中空圆筒状电子云之内的离子束团。 本专利技术具有以下优点完全没有电子射线不稳定性的问题，可极短距离加速离子及縮短加速器体积，可以应用于实现放射线耐肿瘤治疗的桌上型治疗用加速器。附图说明 图1为现有技术中电子圈加速器的结构示意图。 图2为本专利技术实施例提供的一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置结构示意图。 图3为图2所生成的中空电子云的示意图。 附图标记 10......以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置 20......第一激光装置 25......激光光束 26......中心部 35......激光光束 50.....环状光学阴极 65.....离子束团30......第二激光装置40......离子标靶源60.....中空圆筒状电子云具体实施例方式如图2及图3所示，本专利技术实施例所示的以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置IO，包括一第一激光装置20、一第二激光装置30、一离子标靶源40及一环状光学阴极50，其中，所述离子标靶源40设于所述环状光学阴极50的中央，且与所述环状光学阴极50形成同心圆。 所述第一激光装置20用于射出预定波长的激光光束25，且所射出的激光光束25照射到所述环状光学阴极50等电子发生源的时候，适合使电子发生源瞬间生成电子云。 所述第一激光装置20的最佳实施例是根据光学透镜的材质和几何构造的适当设计，使得射出的激光光束25的中心部26的光强度为零或较弱。 所述第二激光装置30用于射出预定波长的激光光束35，但所射出的激光光束35的波长不同于第一激光装置20射出的激光光束25，且适合使得离子发生源瞬间生成离子束团。 所述离子标靶源40作为离子发生源使用，设于所述环状光学阴极50的中央，形成所述环状光学阴极50的标靶，当接受所述第二激光装置30射出的激光光束35时会瞬间生成离子束团65。 所述环状光学阴极50作为电子发生源使用，且包围在所述离子标靶源40的外围，当电子发生源接受第一激光装置20射出的激光光束25时会瞬间生成高密度的中空状或中空圆筒状电子云60，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置，包括：一第一激光装置，用于射出激光光束且使电子发生源瞬间生成电子云；一第二激光装置，用于射出激光光束且使得离子发生源瞬间生成离子束团；一环状光学阴极，接受所述第一激光装置射出的激光光束瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云；一离子标靶源，设于所述环状光学阴极的中央与所述环状光学阴极形成同心圆，且接受所述第二激光装置射出的激光光束瞬间生成被捕获且封入在所述中空状或中空圆筒状电子云之内的离子束团。

【技术特征摘要】
一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置，包括一第一激光装置，用于射出激光光束且使电子发生源瞬间生成电子云；一第二激光装置，用于射出激光光束且使得离子发生源瞬间生成离子束团；一环状光学阴极，接受所述第一激光装置射出的激光光束瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云；一离子标靶源，设于所述环状光学阴极的中央与所述环状光学阴极形成同心圆，且接受所述第二激光装置射出的激光光束瞬间生成被捕获且封入在所述中空状或中空圆筒状电子云之内的离子束团。2. 如权利要求1所述的以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置，其中，所述第一激 光装置射出的激光光束的中心部光强度为零。3. —种以激光瞬间生成高...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊田雅之，熊田由美，
申请(专利权)人：熊田雅之，熊田由美，
类型：发明
国别省市：JP[日本]