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未来加速器——光纤激光器阵列驱动粒子加速器

2013-05-16 09:17
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  超越电子加速:激光驱动演化

  理论上,一个光纤激光放大阵列系统能够在毫米级的极短距离内产生足够大的能量,并以接近1的效率产生相对论质子。此系统在核分裂产生中子方面有着重要应用。通常一个相对论质子(1GeV)能产生20~30个中子,可在科研和社会应用领域作为中子源。

  CAN系统可充做一个中子源的前端,就像美国橡树岭SNS(核分裂中子源)或者即将在瑞典隆德落成的ESS(欧洲核分裂源)。使用传统加速器产生相对论质子所需的加速通道长达数百米,因为稳定性问题,质子束很难保持在以亚相对论状态进行传输。激光驱动质子加速器加速距离很短,因此能够避免这个问题。

  至于CAN的应用,它可以提供高能质子束,在嬗变和亚临界反应堆处理核废料的加速器驱动系统中产生核分裂中子。加速器驱动反应堆需要由核分裂源产生额外中子,因此是十分安全的。加速器驱动反应堆同时提供一种安全嬗变由聚变反应产生的长寿命微量锕系元素的方法,减少其毒性。目前,加速器驱动系统依靠传统的技术,加速器尺寸超过核反应堆。CAN系统提供了一种更紧凑、更高效、更低造价的质子加速器,可称之为激光驱动嬗变器(图3)。这同时伟加速器驱动系统提供商业化可能。

  ICAN技术团队

  ICAN需要世界各地的各个领域专家。四个主要项目合作伙伴包括:ICAN项目领导者Gerard Mourou率领的法国巴黎综合理工学院团队,弗雷德里希-希勒大学应用光学和精密工程夫琅禾费学院和南安普顿大学应用物理学院组成的光纤激光器小组。其他相关组织的专家来自包括日本KEK、德国加尔兴MPQ、法国Thales、法国ONERA、法国光学研究会、美国密歇根大学、英国牛津大学等各个顶尖机构。预计在2013年7月前将召开一系列工作会和研讨会,目的是首次确定单级论证激光系统硬件设计方案,系统目标是输出单脉冲能量大于10J,重频大于10kHz,脉宽大于100~200飞秒。

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