近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所超強(qiáng)激光科學(xué)與技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，與中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心等單位，在超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)的高亮度Betatron X射線(xiàn)源研究中取得重要進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)依托上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置（SULF）拍瓦重頻激光系統(tǒng)，成功驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生了高亮度Betatron X射線(xiàn)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。

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圖1. 拍瓦重頻激光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生高亮度Betatron X射線(xiàn)源：(a) 實(shí)驗(yàn)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(chǎng)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(tái)式X射線(xiàn)輻射源展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。研究團(tuán)隊(duì)利用SULF-1 PW超強(qiáng)超短激光裝置成功產(chǎn)生了具有微米級(jí)光源尺寸、飛秒級(jí)脈沖寬度以及毫弧度級(jí)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(duì)比度成像和超快過(guò)程探測(cè)提供了革命性的工具。

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

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該Betatron X射線(xiàn)源的臨界能量達(dá)到22±5 keV，單次X射線(xiàn)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(dòng)的臺(tái)式化方案不僅具有超高亮度，還具備超快時(shí)間分辨率，為材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的微觀動(dòng)態(tài)研究開(kāi)辟了全新的發(fā)展方向。

相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年科學(xué)家項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)B類(lèi)、上海市學(xué)術(shù)帶頭人計(jì)劃、科技部國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)項(xiàng)以及中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等基金支持。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1017/hpl.2025.17