近日，我院温猛教授、金璐玲副教授与广东省新兴激光等离子体技术研究院刘彬研究员、江苏大学颜雪博士合作，在中科院一区期刊《极端条件下的物质与辐射》(Matter and Radiation at Extremes)发表了题为“Enhanced MVA of polarized proton beams via PW laser-driven plasma bubble”的研究论文，论文的第一作者为硕士生邹治坤，温猛教授、刘彬研究员、金璐玲副教授为共同通讯作者。

利用激光驱动的离子加速技术，在预极化的卤化氢气体靶中，可以经济高效地产生高能自旋极化的质子束。当一束拍瓦级的激光穿透动态极化的卤化氢气体喷流时，自旋极化的质子通过激光驱动的相对论性通道以及靶内的尾波场，再通过靶后边界处的磁涡流引起的静态电场进行加速。特别地，质子在等离子体波中的纵向运动促使其注入到磁涡流加速场中。本研究基于粒子自旋进动方程和激光驱动的空泡结构理论模型，对质子的加速过程和自旋进动进行了深入分析。通过分析质子的动力学行为和场结构，本研究探讨了束流能量和极化度对激光和等离子体参数的依赖性。通过理论模型的优化分析，质子在等离子体波内的预加速得到了增强，从而显著提升了最终的能量增益。多维等离子体粒子模拟的结果显示，采用当前拍瓦激光装置，可以实现具有几百兆电子伏特能量范围和百分之几十极化度的单能质子束。这种方法为极化离子注入直线加速器提供了一个可行的替代方案，为激光驱动极化粒子对撞机的研究提供了实用的建议。

图1 拍瓦激光在动态自旋极化气体靶中驱动产生等离子体空泡进而在空泡和靶后磁涡流加速场中加速自旋极化质子束机制图。

图2 通过等离子体粒子模拟得到的极化质子束能谱(a)和高能质子在纵向自旋分量谱(b)。背景阴影部分分别为能量-纵向自旋分量空间和纵向自旋分量-发散角空间的高能极化质子束质子密度。

论文下载链接：https://doi.org/10.1063/5.0249082

（审核：周宗兴）