激光尾場電子加速器(LWFA)是一種基于等離子體尾波場的電子加速器。激光尾場電子加速是由激光驅動的電子加速技術,原理是通過激光與等離子體相互作用產生穩定的尾波場,將電子從氣體中擊出,形成高能電子束。
激光驅動粒子加速器根據加速粒子種類不同,分為電子加速器、離子加速器,根據實現或增強粒子、光場耦合媒介不同,又分為激光等離子體加速器、激光太赫茲加速器、激光電介質加速器等,其中以激光等離子體尾場電子加速器備受青睞。
高能電子束是自由電子激光器核心工作物質,其產生依賴粒子加速器,但傳統射頻加速器體積龐大、價格昂貴,難以有效推廣。相比于傳統射頻加速器,激光尾場電子加速器具有高流強、短脈沖、結構緊湊等優勢。激光尾場電子加速器為離子加速器小型化提供了新途徑,因此備受青睞。
根據新思界產業研究中心發布的
《2025-2029年激光尾場電子加速器(LWFA)行業市場深度調研及投資前景預測分析報告》顯示,激光尾場電子加速器于上世紀70年代末被提出,近年來,激光尾場電子加速器在電子束品質、電子能量、穩定性、應用等方面取得了顯著進展。
激光尾場電子加速器在核物理、粒子物理、材料科學、生物醫療、基礎科學、能源、半導體光刻等領域具有廣闊應用前景。激光尾場電子加速器可產生波長短于13.5納米的輻射源,且該輻射源具有單色性、相干性、可精確調諧等特點,適用于下一代半導體光刻。
等離子體的尾場加速機制需由極高功率的激光驅動,近年來,拍瓦級激光(峰值功率達到千萬億瓦級別)的發展,為激光尾場電子加速器研發奠定了基礎。目前國內外已建成多個拍瓦級激光裝置,如美國密歇根大學的zeus系統、上海超強超短激光實驗裝置等。
激光尾場電子加速器相關企業包括TAU Systems、Inversion Semiconductor公司等。Inversion Semiconductor公司技術核心是利用激光尾流場加速方法的“臺式”粒子加速器;TAU Systems的緊湊型激光尾波場加速器已實現測試,2025年TAU Systems宣布與泰雷茲(Thales)合成,以提供完整的商用激光驅動粒子與輻射源。
新思界
行業分析人士表示,全球范圍內,激光尾場電子加速器研究單位包括美國勞倫斯-伯克利國家實驗室、美國得克薩斯大學、德國漢堡大學、韓國基礎科學研究所、中國科學院上海光學精密機械研究所、中國工程物理研究院、上海交通大學、清華大學、國防科技大學等。以上單位為激光尾場電子加速器的創新發展作出了重要貢獻。
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