[發明專利]一種以激光瞬間生成高密度中空電子云的方法及裝置

無效

• 申請號: 200910178804.X
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN101702867A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發明（設計）人: 熊田雅之;熊田由美
• 申請（專利權）人: 熊田雅之;熊田由美
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00;H05H9/00
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威;孫麗梅

技術領域

本發明涉及一種生成中空電子云的裝置，尤指一種以激光瞬間生成高密度中空電子云的方法及其裝置。

背景技術

在受時間、空間限制的帶電粒子束團(charge?bunch)上，將具有很強射線強度的電子聚束(electron?bunch)在短距離內加速到超過數億電子伏特(GeV)高能量的方法，從1950年中旬開始就有研究員提出發明和建議。例如，美國的貝內德(Bennett)最早提出電子聚束的加速方法，而蘇聯的貝克斯勒(Veksler)提出的方案既明確又容易在短距離內實現加速電子聚束。

1950年的瑞士日內瓦加速器國際會議，蘇聯的杜布那(Dubna)、貝克斯勒(Veksler)和布朵卡(Budker)共同發表有關帶電粒子利用大強度、高密度電子聚束的離子加速理論和實驗。

其中所述的離子，意指包括質子的所有帶電離子，而被稱為重離子時，指的是在元素表上重量大于氦重量以上的帶電離子。

1967年的英國劍橋加速器國際會議上，蘇聯的貝克斯勒(Veksler)發表將100億個質子從15m距離處加速到1GeV的誘導線形加速器(induction?linac)模型。

此革新性的離子/電子聚束加速法，造成世界上的主要研究所爭相鉆研相關理論和實驗。例如，美國勞倫斯伯克萊實驗室(LBL，Lawrence?BerkleyLaboratory)發表了電子圈加速器(ERA，Electron?Ring?Accelerator)系統；馬里蘭(Maryland)大學則著眼于研究大強度電子射線的電子圈加速器(ERA)；電子圈和誘導線形加速器發明人克利斯非羅斯(Christfilos)在美國勞倫斯立衛莫國家實驗室(Lawrence?Livermore?National?Laboratory)啟動核融合技術發展電子圈加速器(ERA)。

所稱的電子圈加速器(ERA)的工作原理，如圖1所示，首先將未中和的電子束射入(injection)到一個有輕度聚焦作用的縱向磁場中形成電子圈。爾后，磁場強度隨時間上升，以便使磁場中的電子圈的長、短半徑都得到壓縮，并將電子圈中的電子能量進一步提高。此時，由于電子圈的電子與氣體分子碰撞產生了大量離子，且這些離子被電子圈的位能障壁(Barrier)所俘獲，一方面中和了電子的空間電荷力，使電子圈保持形狀；另一方面也提供了電子圈和它俘獲的離子同時加速。將電子圈和它俘獲的離子同時加速的方式有兩種：一是使用加速腔產生出沿磁力線方向的電場，一是使用沿縱向距離逐漸減弱的磁場徑向分量的洛侖茲力。所以，上述電子圈和它俘獲的離子能夠以多大的加速率進行加速，顯然受限及決定于沿磁力線方向的最大電場以及使離子保持在電子圈內的保持能力。

所以，當前對于電子圈加速器(ERA)的主要研究方向，就在于提高使離子保持在電子圈內的保持能力。例如，美國勞倫斯伯克萊實驗室(LBL)發表的電子圈加速器(ERA)的離子加速方式，是利用弱小收束方式，用一次(oneturn)入射的電子回旋加速器方式，使其在時間上生成變化的軸磁場；拉斯雷特·塞斯勒(A.Sessler)發表的電子圈加速器(ERA)的離子加速方式，是利用在陰極(cathode)上生成大電子圈，再射入到在軸方向減少的靜態軸的磁場；而馬里蘭(Maryland)大學發表的電子圈加速器(ERA)的離子加速方式，是利用在陰極(cathode)上生成大的中空電子射線，再射入卡斯夫磁場(Cusp?magneticfield)。

但，上述的任何一種電子圈加速器(ERA)的離子加速方式，均以在軸方向縮短所形成的電子圈的方式作為主流，在這種情況下，所需的電流量很高，會發生各種射線不穩定性的問題，要穩定電子聚束(electron?bunch)極為困難。

另一方面，由于近年來大型同步輻射加速器、高能質子加速器及直線型電子和質子對撞器的成熟發展，導致朝向用電子、質子加速到數百GeV或TeV領域的電子圈加速器(ERA)的研究開發，漸漸地衰退了。

發明內容

本發明的主要發明目的，即在于提供一種以激光瞬間生成高密度中空電子云的方法及裝置，不需要將電子束射入(injection)到縱向磁場中以形成電子圈，可以解決現有技術中所述的大電流電子圈加速器(ERA)存在電子射線不穩定性的問題。