最新消息|李儒新：羲和，中国自己的强激光( 三 ) 李儒新：羲和，中国自己的强

激光器、加速器强强联合
现在我们来讲一讲加速器和激光两个领域的关系。一个足够强的激光器会给我们加速器带来什么发展机遇？基于高功率激光的高能粒子加速器是不是可行的？
刚才已经提到，我们传统的加速器利用电场加速带电粒子。为了让粒子获得大的动能的同时避免介质击穿的问题，就必须拉开长度，一级一级慢慢地加速带电粒子。而用激光加速粒子却不用担心介质击穿，因为激光拥有这么高的电场强度，它的介质本身就不是空气而是一种等离子体。它本身就是电离的，所以它不怕电离，可以承受很高的电场强度。理论上，激光能够把加速器的尺寸缩小3个数量级。这是一个很大的技术进步。当然，还需要把激光做得更加稳定可靠，还需要进一步的发展。
激光加速概念最早是科学家T 。Tajima跟他的老师J 。M 。Dawson于1979年在加州大学洛杉矶分校提出的。

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激光驱动等离子体尾波场加速这个想法诞生以后，那时还没有那么强的激光器。直到大概 1985年，激光领域才诞生新方法来产生所需要的这么强的激光。
一个想法诞生以后，往往需要长时间的优化和技术积累才能够变成现实。2018年诺贝尔物理学奖的获奖者穆鲁（Gerard Mourou）和斯特里克兰（Donna Strickland）在1985年提出了一种方法，这种方法能够非常巧妙地去解决产生强激光时材料的破坏问题。因此这一突破使得激光的功率很快速提升。但是即使是这么好的想法，也经过了将近20年的发展，才真正的用于制造超强激光装置。
2004年，由于激光器技术成熟了，1979年的想法才得以实现。用激光做加速器的想法第一次非常完美的实现是在2004年，当时英国、法国、美国的三家实验室在同一时间共同的宣布利用激光获得一个很小型化的加速器。这一成果实现了我们25年前提出的那个梦想，这是非常伟大的事件。它被称为“梦之束” 。
这个首秀得到电子能量还不够，大约只把电子加速到了（一亿）电子伏特的能量，而我们上海光源能把电子加速到十亿电子伏特，因此这个技术还有很大的成长空间。但之后的发展就非常迅猛了，很快从一亿到达十亿，这一步跨越只花了两年时间。
2006年第一次实现了达到十亿量级的电子加速器。能量指标虽然达到了，但很多其他的性能跟我们传统加速器还是没法比，而解决这些问题花的时间就长得多，直到现在还没有完全做到。我们希望造出一个能量高、尺寸小、其他性能也能够同传统的加速器相比的激光加速器。为了实现这一目标，包括中美在内，全世界的很多团队在努力。大家都想解决这个问题，都在赛跑，基本上也是同一时刻提出了一个新的方法来解决激光加速器获得的电子束的品质不够高的问题。

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大家从图中可以看到，从2004年的突破、2006年到达十亿电子伏特之后，能量提升就很困难了，经过了非常漫长的发展过程才遇到了第二个上升的台阶，实现能量和其他性能的共同提高。现在，激光加速器在可遇见的未来真的是可以做一些更加宏伟的科学探索了。如果用传统办法做一个电子伏特的一个加速器，需要绕地球赤道一圈。现在有了激光加速器，可以把它缩小1000倍，变成可以实现的事情。
反过来，由于加速器的快速发展，也给激光领域带来了很多前所未有的新发展。最典型的例子就是短波长激光。大家知道拍胸片的X光波长是纳米量级，我们是不是能够产生这么短波长的激光呢？围绕这个目标，全世界科学家经过了长期探索，但是一直没有找到一个最佳的解决方案。但直线加速器的快速发展，它使电子束流的品质可以非常好，在单位时间单位体积里面，同样的能量的电子数很多。基于这样的原理，国际上，美国斯坦福、日本的理化所、德国汉堡，先后做了三台波长约0.1纳米的激光器。这是基于加速器做出来的，至今为止，加速器是产生短波长激光最佳的手段。