陈佳洱院士、颜学庆副教授团队研究新进展

北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室颜学庆副教授、陈佳洱院士与合作者近期在强场物理－激光加速领域又取得了重要研究进展，在Phys. Rev. Lett. 103, 135001 (2009)发表了题为“Self-organizing GeV nano-Coulomb collimated proton beam from laser foil interaction at 7 × 10^21 W/cm^2 ”的论文。

理论和加速实验研究表明，激光加速梯度可以达到100GV/m以上（比常规射频加速器高3个数量级）。然而由于理论和技术的限制，激光加速离子的有效长度很短，实验中离子能量增益仅仅在几十MeV左右。该研究小组在前期的研究中发现超短超强激光与固体靶相互作用时存在一种稳相加速机制(Phys. Rev. Lett., 100, 135003 (2008), Phys. Rev. Lett. 102, 239502 (2009))：即当激光归一化光强与膜片归一化厚度相当时，圆偏振激光可以如常规加速器一样对离子进行加速和纵向聚束，从而可以产生高品质的高能单色离子。由于激光光强横向分布一般为高斯分布，加速过程中固体靶将逐渐弯曲，往往导致薄膜靶被中心击穿。之后激光对离子的加速作用提前结束，从而限制了离子的能量增益，也影响了束流的品质。颜学庆副教授和陈佳洱院士与合作者通过研究发现，利用等离子体横向不稳定性可以实现对离子的中心聚束，借此可以产生自聚焦的纳库级质子束，并从理论上解决了中心击穿的问题。这一进展对离子癌症治疗、激光核聚变快点火和新概念加速器等研究将产生重要影响。

该项研究得到国家自然科学基金委和德国洪堡基金会的资助。