基于全光逆康普顿散射的涡旋γ射线源

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11905289
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2906.高能量密度物理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Gamma rays with orbital angular momentum(OAM) are expected to play an important role in solving major fundamental physical problems such as the "proton spin crisis". Concerning scientific problem about OAM gamma rays generation, we plan to produce OAM gamma rays experimentally by means of the all-optical inverse Compton scattering between a relativistic planar electron beam and a twisted laser pulse. Only one laser beam will be needed in the whole experimental process. First the laser beam drives the wake-field to accelerate the electrons; and then is reflected by the spiral plasma mirror into a relativistic vortex beam; finally, interact with the electron beam by inverse Compton scattering. This is a simple, efficient and low-cost vortex gamma ray generation scheme that is expected to produce OAM gamma rays for the first time experimentally.
携带轨道角动量的伽马射线有望在解决如“质子自旋危机”等重大基础物理问题中发挥重要作用,针对目前在实验上仍然无法有效地产生涡旋伽马射线的问题,我们提出了利用相对论平面电子束与涡旋激光相互作用的全光逆康普顿散射实验方案。整个实验过程只需一束激光,首先激光驱动尾波场加速电子,然后激光被螺旋等离子体镜反射转换为具有轨道角动量的相对论涡旋激光,再与加速出的电子发生逆康普顿散射,产生携带轨道角动量的γ射线。这将是一种简单、高效、低成本的涡旋伽马射线产生方式,有望首次在实验里产生轨道角动量伽马射线。

结项摘要

本项目围绕“基于全光逆康普顿散射的涡旋X/γ射线源”的研究目标,开展了利用高功率飞秒激光驱动产生携带轨道角动量的X/γ射线源的理论和实验两方面的研究,取得的主要研究进展有:(1)理论研究了LWFA的高能电子与相对论LG激光通过非线性汤姆逊散射产生涡旋伽马射线的过程,最终获得了4.3 × 10^7 个/shot、辐射峰值亮度估计为 1 × 10^22 photons/s/mm^2/mrad^2 /0.1% BW at 1 MeV的涡旋伽马射线,其可用于原子核激发、天体物理学和角动量相关核物理学的研究;(2)提出了一种产生携带角动量X射线的新方法,即使用圆偏振强激光驱动激光尾波场加速电子,在电离注入机制下,会产生圆偏振的Betatron X射线辐射,理论研究中获得了临界能量1 keV,亮度 1.8 x 10^20 photons/s/mm^2/mrad^2 /0.1% BW的圆偏振X射线;(3)发明了一种可编程控制电子指向的方法,实现了对LWFA电子束指向微弧度级的控制,解决本项目中激光焦斑与等离子体镜空间重合的技术难题;(4)在20TW激光装置上建立了研究LWFA和ICS的实验平台,稳定产生了1.2×10^7 /shot的百KeV级的涡旋X射线 ,X射线的转换效率达到了线性汤姆逊散射的理论极限。此外,在项目实施期间,项目负责人参建了综合极端条件实验装置(SECUF)中的高功率激光驱动X射线实验平台,这是世界上首个专属激光驱动X射线用户装置,目前已通过验收,正式进入运行阶段,该装置中的PW激光加速平台和双束光实验平台可以为本项目的继续研究提供实验条件。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Ultrafast structural dynamics using time-resolved x-ray diffraction driven by relativistic laser pulses
使用相对论激光脉冲驱动的时间分辨 X 射线衍射进行超快结构动力学
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/ac0baf
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Zhu Chang-Qing;Tan Jun-Hao;He Yu-Hang;Wang Jin-Guang;Li Yi-Fei;Lu Xin;Li Ying-Jun;Chen Jie;Chen Li-Ming;Zhang Jie
  • 通讯作者:
    Zhang Jie
Optical steering of electron beam in laser plasma accelerators
激光等离子体加速器中电子束的光学控制
  • DOI:
    10.1364/oe.380842
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Optics Express
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Zhu Chang-Qing;Wang Jin-Guang;Li Yi-Fei;Feng Jie;Li Da-Zhang;He Yu-Hang;Tan Jun-Hao;Ma Jing-Long;Lu Xin;Li Yu-Tong;Chen Li-Ming
  • 通讯作者:
    Chen Li-Ming
Electron beam and betatron x-ray generation in a hybrid electron accelerator driven by high intensity picosecond laser pulses
由高强度皮秒激光脉冲驱动的混合电子加速器中的电子束和电子感应加速器 X 射线生成
  • DOI:
    10.1016/j.hedp.2020.100859
  • 发表时间:
    2020-11-01
  • 期刊:
    HIGH ENERGY DENSITY PHYSICS
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Li, Y. F.;Feng, J.;Chen, L. M.
  • 通讯作者:
    Chen, L. M.
Gamma-ray Vortex Burst in Nonlinear Thomson Scattering with Refocusing Spiral Plasma Mirror
重聚焦螺旋等离子体镜非线性汤姆逊散射中的伽马射线涡旋爆发
  • DOI:
    10.34133/ultrafastscience.0005
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    Ultrafast Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Weijun Zhou;Wenchao Yan;Jinguang Wang;Liming Chen
  • 通讯作者:
    Liming Chen
Circularly polarized x-ray generation from an ionization induced laser plasma electron accelerator
电离诱导激光等离子体电子加速器产生圆偏振 X 射线
  • DOI:
    10.1088/1361-6587/abaf0b
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Plasma Physics and Controlled Fusion
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Feng Jie;Li Yifei;Geng Xiaotao;Li Dazhang;Wang Jinguang;Mirzaie Mohammad;Chen Liming
  • 通讯作者:
    Chen Liming

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其他文献

全光汤姆孙散射
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    闫文超;朱常青;王进光;冯杰;李毅飞;谭军豪;陈黎明
  • 通讯作者:
    陈黎明
15TW激光与氮气作用产生稳定电子束的实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    原子能科学技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李毅飞;李大章;王进光;朱常青;冯杰;何雨航;陈黎明
  • 通讯作者:
    陈黎明

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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