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近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所超強激光科學(xué)與技術(shù)全國重點實驗室，與中國工程物理研究院激光聚變研究中心等單位，在超強超短激光驅(qū)動的高亮度Betatron X射線源研究中取得重要進(jìn)展。實驗室的研究團(tuán)隊依托上海超強超短激光實驗裝置（SULF）拍瓦重頻激光系統(tǒng)，成功驅(qū)動產(chǎn)生了高亮度Betatron X射線源。相關(guān)成果以“High-brightness betatron X-ray source driven by SULF-1 PW laser”為題發(fā)表在High Power Laser Science and Engineering期刊上。

圖1. 拍瓦重頻激光驅(qū)動產(chǎn)生高亮度Betatron X射線源：

(a) 實驗裝置布局示意圖；(b) 輻射源性能特征；(c) 典型成像應(yīng)用示例。

隨著激光尾場電子加速器技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其在小型化和穩(wěn)定化方面的進(jìn)展，基于該技術(shù)的臺式X射線輻射源展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。研究團(tuán)隊利用SULF-1 PW超強超短激光裝置成功產(chǎn)生了具有微米級光源尺寸、飛秒級脈沖寬度以及毫弧度級發(fā)散角的Betatron輻射。該輻射的能譜范圍覆蓋數(shù)十keV以上，為高對比度成像和超快過程探測提供了革命性的工具。

圖2. Betatron X射線光源的性能對比：與其他激光裝置驅(qū)動X射線源在峰值亮度、光子數(shù)和臨界能量上的比較

實驗結(jié)果表明，該Betatron X射線源的臨界能量達(dá)到22±5 keV，單次X射線通量在5-30 keV能段內(nèi)高達(dá)4×10⁹光子/發(fā)，峰值亮度突破1.0×10²³ photons·s^-1·mm^-2·mrad^-2·0.1%BW^-1，已接近第三代同步輻射光源的性能。與傳統(tǒng)大型加速器光源相比，這種激光驅(qū)動的臺式化方案不僅具有超高亮度，還具備超快時間分辨率，為材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的微觀動態(tài)研究開辟了全新的發(fā)展方向。

相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年科學(xué)家項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項B類、上海市學(xué)術(shù)帶頭人計劃、科技部國家重點實驗室專項以及中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等基金支持。

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