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2012年欧洲自由电子激光器建设报告系列一

2013-05-15 00:04
老猫
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  1. 介 绍

  FEL采用相对论电子束做增益介质。电子束通过周期性磁结构,以同步加速辐射方式释放出光子。FEL结构包括电子或空穴直线加速器和波荡器,可以产生高相干光,波长范围从远红外到硬X射线。FEL可以采用经典的谐振腔结构,也可以采用单通行波自己振荡(SASE)放大器。未来的FEL可基于u介子直线加速。由此可见,FEL是粒子加速器和激光器的结合。

  波兰的一些研究小组参与了许多FEL项目。这些科研小组中包括激光、光子学、光电子学和同步辐射源领域的专家,现计划在波兰建立FEL设备。意大利、瑞典、德国、俄罗斯等国均已开展FEL项目建设,有些已经投入使用。现今最大的FEL是 LCLSSLAC。今后FEL技术将致力于从电子和u介子消耗光子的角度解释高功率激光融合等实验,这属于高能物理和基础粒子物理范畴,也可用于检验真空中的非线性效应。I-FEL和FEL与等离子技术的结合会改变现在的粒子加速技术,现在激光产生的等离子通道中的电场强度梯度达到100GV/m,以后能达到EV/m级。今后高功率激光设备将趋向小型化。FEL与其他一些相关技术的结合,会使发达国家的工业水平再次大幅提高。

  2. 加速器与FEL发展

  全世界大概有30000台加速器,大部分应用于如材料工程、医药能源等应用领域研究。仅有一些如LHC般大型的加速器应用于粒子物理方面研究。当今的研究热点有希格斯波色子、物质起源、新的力、新的维度、新的粒子等。使用粒子对撞机产生超强次级粒子和光子。基于超导电子直线加速器(TESLA 1.3GHz)的E-XFEL产生高强度阿秒级几十皮米波长的X射线脉冲,为同步辐射领域开拓一个新的境界。许多小型加速器与FEL直接相关,例如意大利INFN-LNF设备的SPARC测试设施。

  ACCNET是EuCARD项目内的欧洲加速器网络的一个子网络,由具有大型加速器和FEL基础设施如IN2P3和法国巴黎国家科学研究中心 、GSI-达姆施塔特等机构运行,包括三个部分:EUROLUMI 主要研究加速器和对撞机的性能,集中在粒子物理学方面; RFTECH主要研究有关超导和常规导体的射频技术; EuroNNAC主要研究各类新加速器及其相关基础研究和应用研究。

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