基于强场激光加速氘离子的脉冲中子源研究

近几年，超强激光以及激光加速的研究进展，为强激光驱动的中子源研究创造了新的技术途径，而如何提高中子产额是最为关心的科学技术问题。本项目探索一种新的方法：采用超短脉冲激光与富含氘的薄膜靶相互作用，利用靶后鞘层加速机制产生高能氘离子束并进一步轰击含氘或含氘固体靶，通过氘氘反应或氘氚反应产生强流脉冲中子，选择不同的氘离子能量使得发生氘氚反应和氘氘反应的反应截面达到最大值以提高中子产额，深入研究激光加速驱动中子源的物理过程和提高中子产额的关键技术问题，研究激光参数、靶结构、氘离子能量等因素与中子产额的关系。这种基于激光鞘层加速机制驱动产生中子源的方法，能更有效地将氘离子束的动能转化为参与反应的热能， 提高了氘氘或者氘氚反应的碰撞几率和反应截面，进而提高中子产额，将可能是一种实验室获得高通量中子源的新途径。

强场激光驱动的中子源具有超短脉冲、瞬态强流等特点，在中子活化分析、中子成像等领域有重要的研究意义。本项目探索了基于激光加速的中子源研究，利用超短超强激光加速产生高能氘离子束，然后利用高能氘离子束轰击含氘薄膜靶，利用氘氘反应产生中子的技术手段，获得了一定通量的中子计数。项目研究了含氘薄膜靶的制备技术，主要通过技术控制薄膜靶在吸附氘后的形变和粉碎问题，获得了平整的含氘薄膜靶；完善了强场激光驱动中子源研究的实验平台，以及中子探测设备等；开展了激光驱动薄膜靶加速产生离子束的实验，研究了在一定预脉冲情况下，薄膜靶厚度对激光加速的影响，验证了最优化薄膜靶厚度的存在，并分析了其原因是预脉冲和热电子在薄膜靶中的输运行为；利用超强激光加速产生的高能氘离子轰击含氘靶，开展了基于强场激光加速氘离子的脉冲中子源的实验研究，利用带有中子伽马识别的BC501A型液体闪烁体探测器，测量获得了一定计数的中子通量。项目过去三年发表文章4篇，其中SCI收录1篇，EI收录3篇，另有SCI已接受待发表论文1篇。