极端光场驱动超短相干强X射线源产生

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11374210
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    76.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2204.超快超强光物理
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Compared to the X-ray free electron lasers, relativistic laser plasmas may provide coherent X-ray sources with shorter pulse duration in a table-top size, which is beneficial for broad applications. However, the general problems presenting in current schemes based upon laser plasmas is the low conversion efficiency, in particular in the keV energy spectrum range. In this proposal, we will mainly explore two schemes to improve the conversion efficiency for the purpose of producing intense coherent X-ray sources. One of them is based upon the interaction of petawatt laser pulses with gas targets. Attention is paid mainly on the control of the electron injection into the laser wakefields by controlling the gas density profiles and/or the laser pulse injection process. The key point is to produce an ultra-thin dense relativistic electron sheet by the realization of synchronized injection of electrons. Via nonlinear Thomson scattering of another laser pulse with the relativistic electron sheet, bright coherent X-ray emission at the keV range may be produced with a reasonable conversion efficiency. Another scheme is based upon the interaction of petawatt laser pulses with thin solid targets with certain structures (such as grating, etc). It is possible to break the well-known power-law limit of high harmonic emission with a plane solid target given by n^(-8/3), thereby the X-ray conversion efficiency in the keV range can be significantly improved.
基于相对论激光等离子体产生的相干X射线源,与X射线自由电子激光相比具有产生的X射线脉宽更短、小型化等特点,有助于满足广泛的应用需求。但现有激光等离子体机制和方案中普遍存在的问题是转换效率偏低,特别是要产生在keV能段的相干辐射。本申请项目将主要研究两种方案来探索提高其转换效率,产生相干强X射线。其中之一是研究拍瓦(PW)级强激光与气体靶作用,通过气体的密度分布和激光脉冲控制等方式,控制激光尾波场中电子的注入。最终实现电子的同步注入,以形成超薄的高密度相对论电子层。利用该电子层来实现非线性汤姆逊散射,产生keV波段的高亮度相干辐射。另一种方案是通过拍瓦级强激光与具有一定结构(譬如光栅等)的固体薄膜靶作用,突破现有机制中高次谐波的效率按n^(-8/3)的幂指数下降的局限,显著提高keV量级的X射线相干辐射产生效率。

结项摘要

围绕本项目的研究计划和目标,主要开展了在激光尾场加速高品质电子束产生、高亮度X射线产生、激光与固体靶相互作用的加速和辐射,以及利用等离子体对强激光进行操控等4方面工作。有关电子加速方面提出了在激光尾场加速中利用激光离化过程控制电子注入的自截止注入机制和双色激光控制注入机制、激光尾场结构振荡导致电子注入机制,并利用激光模式组合实现非线性尾波场中的正电子加速和聚焦;在高亮度X射线产生方面,提出利用激光尾波场中阿秒电子束实现超强阿秒光脉冲以及相干Thomson背散射方案,提出基于等离子体通道的线性等离子体波荡器和螺旋等离子体波荡器概念,提出利用激光离化注入提高激光尾场加速中的betatron辐射亮度,实验和理论研究基于强激光与固体靶(包括光栅靶)作用的高次谐波辐射,揭示了光栅靶对提高高次谐波效率、操控谐波频率的效应。在等离子体对强激光操控方面提出10PW级超强激光驱动gamma射线源与稠密正负电子对产生方案,强磁场对10PW强激光偏振态的控制等。项目已经完全达到预期目标。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Quasi-monoenergetic ion generation by hole-boring radiation pressure acceleration in inhomogeneous plasmas using tailored laser pulses
使用定制激光脉冲在非均匀等离子体中通过钻孔辐射压力加速产生准单能离子
  • DOI:
    10.1063/1.4861339
  • 发表时间:
    2014-01
  • 期刊:
    Physics of Plasmas
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Sheng, Z. M.;Mulser, P.;Yu, W.;Shen, B. F.
  • 通讯作者:
    Shen, B. F.
Resonantly Enhanced Betatron Hard X-rays from Ionization Injected Electrons in a Laser Plasma Accelerator.
激光等离子体加速器中电离注入电子产生的共振增强电子感应加速器硬 X 射线
  • DOI:
    10.1038/srep27633
  • 发表时间:
    2016-06-08
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Huang K;Li YF;Li DZ;Chen LM;Tao MZ;Ma Y;Zhao JR;Li MH;Chen M;Mirzaie M;Hafz N;Sokollik T;Sheng ZM;Zhang J
  • 通讯作者:
    Zhang J
Effects of relativistic electron temperature on parametric instabilities for intense laser propagation in underdense plasma
相对论电子温度对低密等离子体强激光传播参数不稳定性的影响
  • DOI:
    10.1063/1.4902517
  • 发表时间:
    2014-11
  • 期刊:
    PHYSICS OF PLASMAS
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhao Yao;Zheng Jun;Chen Min;Yu Lu-Le;Weng Su-Ming;Ren Chuang;Liu Chuan-Sheng;Sheng Zheng-Ming
  • 通讯作者:
    Sheng Zheng-Ming
Acceleration and evolution of a hollow electron beam in wakefields driven by a Laguerre-Gaussian laser pulse
拉盖尔-高斯激光脉冲驱动的尾场中空心电子束的加速和演化
  • DOI:
    10.1063/1.4943892
  • 发表时间:
    2016-03
  • 期刊:
    Physics of Plasmas
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhang Guo-Bo;Chen Min;Schroeder C. B.;Luo Ji;Zeng Ming;Li Fei-Yu;Yu Lu-Le;Weng Su-Ming;Ma Yan-Yun;Yu Tong-Pu;Sheng Zheng-Ming;Esarey E.
  • 通讯作者:
    Esarey E.
Acceleration and radiation of externally injected electrons in laser plasma wakefield driven by a Laguerre-Gaussian pulse
拉盖尔-高斯脉冲驱动的激光等离子体尾场中外部注入电子的加速和辐射
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/26/11/115204
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Shen Zhong-Chen;Chen Min;Zhang Guo-Bo;Luo Ji;Weng Su-Ming;Yuan Xiao-Hui;Liu Feng;Sheng Zheng-Ming
  • 通讯作者:
    Sheng Zheng-Ming

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  • 通讯作者:
    张杰

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盛政明的其他基金

等离子体对强激光调控物理及其应用研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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