上海激光电子伽玛源 (SLEGS) 样机的实验介绍

上海激光电子伽玛源 (SLEGS) 样机的实验介绍 Pan Qiangyan for SLEGS collaborators 一. 引言二. 装置布局三. 实验及其结果四. 结论

一, 引言 为建设 SLEGS 光束线提供参考和研制依据, 中科院上海应用物理研究所于 2005 年成立了以徐望研究员为组长的 SLEGS 小组, 开展 SLEGS 样机的实验工作 ; 在中科院知识创新工程方向性项目 ( 项目经费 300 万元 ) 中国科学院百人计划项目 上海应用物理研究所百人计划项目和上海市浦江人才计划项目的资助下, SLEGS 小组开始在本所现有的 100 MeV 高性能直线加速器上, 建立一个低能 X 射线站作为 SLEGS 的样机, 并利用它开展电子束与激光束碰撞的原理性实验研究 2

二, 装置布局 加速器 实验大厅 束斑 3

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上海激光电子伽玛源 (SELGS) 样机 Master-1 Master-2 5

Compton Chamber Laser Hut DAQ room Nd: YAG laser SINAP I: 10 MW, 21 ns SINAP II: 200 MW,8 ns He-Ne Laser PIN tube 6 EPM1000 probe

三, 实验及其结果 2008 年 5 月和 10 月, 我们共进行了两期激光康普顿散射的原理性实验, 即 SINAP I 和 SINAP II 两期实验所用的 Nd:YAG 激光器其功率分别为 10 MW 和 200 MW, 脉宽分别为 21 ns 和 8 ns 实验所用的电子束能量均为 108 MeV, 束团宽度为 2.5 ns SINAP I 和 SINAP II 的电子束流强分别为约 0.1 nc 和 0.01 nc 7

3.1 Synchronization 1) Considering a laser pulse has a good synchronization with an electron beam at interaction point las the time difference e- displayed in oscillograph is er169.2±1.2ns; beam 2)The time difference between laser and electron beams measured by oscillograph is 168.6±1.4ns. 3) Both of them a good agreement with each other. Start from Master-1 and end with LCS chamber, the time difference between laser and electron beams at LCS chamber is 5.3±1.2ns (peak to peak) Device Jitter (ns) Master <0.2 All cables <=0.3 100MeV Linac (electron) 0.6 Nd:YAG laser 0.9 8

3.2 Spatial overlap YAG 荧光靶 He-Ne laser spot e-beam spot 9

3.3 Detection of the generated X-rays 附图 5.2 探测器小车实物图 附图 5.1 探测器小车结构图 图 5.2 水平方向直线拟合 图 5.3 垂直方向直线拟合 10

Calibrations of the DAQ & Si(Li) detector 数据采集卡 PCI 6132 测量时间 7 天, 整个系统漂移为 2eV 系统的稳定性好于 0.3. 11

W. Luo, W. Xu, Q. Y. Pan et al., An X-ray spectroscopy system and its application to the Laser-Compton scattering experiments, (accepted by NIM A) 12

3.4 LCS Data Basic e-beam parameters Beam energy 108 MeV Beam charge ~0.1 nc/pulse (First term) ~0.01 n/pulse (Second term) Horizontal emittance 107 mm-mrad Vertical emittance 137 mm-mrad Energy spread About 3 Pulse duration(σ ze ) 0.95 ns Repetition 5 Hz Horizontal size (σ ex ) 3.1 mm Vertical size (σ ey ) 2.5 mm Nd: YAG laser Wavelength Energy per pulse Pulse duration (σ zp ) Repetition Polarization Horizontal (σ px ) Vertical (σ py ) 1064 nm (fundamental light) 0.113 J/pulse; 10MW (First term) 2J/pulse; 200MW (Second term) 9.0 ns (First term) 3.3 ns (Second term) 2.5 Hz Linear (on horizontal plane) 2.0 mm 1.1 mm 13

Laser pulse Electron macro-pulse 14

Measured spectra (SINAP I) First term experimental result X-ray peak 29.1±4.4±2.1keV X-ray width (δ) 7.8±2.8±0.4keV S/N 1/406 Peak photon flux* 523±209 Hz W. Luo, W. Xu, Q.Y. Pan et al., Rev. of Sci. Instrum, 81, 013304 (2010). 15

Three main improvements from SINAP I 1)Nd:YAG 激光器的升级及其光路调整 Laser type SINAP I Nd:YAG laser ( 光机所搭建 ) SINAP II Nd:YAG laser ( 镭宝光电 ) Peak power 15MW 200MW Pulse duration 21ns 8ns Focusing size <0.5 0.5mm 2 0.2 0.2mm 2 2) 置于遥控小车上的探测器的位置作了在线的最佳确定 : 在上下和左右二维度上对 1cm 1cm 单元中探测器的的记数率和不饱和度进行了扫描测定, 确定了探测器的位置. 3) 激光和电子在相互作用点的时间扫描 ( 通过示波器观察, 时间间隔的扫描范围从 155ns 至 160ns) 16

SINAP II data 考虑 1ns 的晃动, 粉红色的阴影 部分为理论估计值范围 X-ray spectrum (SINAP II) X-ray peak 31.73±0.23±1.64keV X-ray width (δ) 0.74±0.26±0.03keV S/N 1/780 Peak photon flux* 1.7±0.3 10 3 s -1 W. Luo, W. Xu, Q.Y. Pan et al., Applied Physics B, DOI: 10.1007/s00340-010-4100-0. 17

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四结论 中国科学院上海应用物理研究所的实验小组通过 SLEGS 样机的实验, 4.1 具备了建设 SLEGS 的一些技术条件和物质基础 电子学实验室 机械实验室 获取实验室 激光洁净室 19

4.2 锻炼了队伍 科研队伍建设构建以科研骨干带头 研究生为主体的年轻队伍 研究员 1 名 副研 1 名 研习员 1 名 工程师 1 名 ( 流动人员 ) 人才培养 博士生 7 名 ( 联合培养 1 名, 代培 2 名 ) 已毕业博士生 2 名 硕士生 3 名 ( 联合培养生 1 名 ) 已出站博士后 1 名 20

4.3 发表的相关论文 : 国内刊物 : 1. 徐毅, 徐望, 马余刚, 等人, 高能物理与核物理 2006 年 12 月, 第 30 卷增刊 Ⅱ,pp.252-254. 2. Wei Huang, Wang Xu, Mu-Lin Yan, Chinese Physics C (HEP & NP) May, 2008, Vol. 32, No. 5,342-347. 3. 潘强岩, 徐望, 陈金根等人, 原子核物理评论 2008 年 6 月, 第 25 卷, 第 2 期,129-134. 4. CHEN Jin-Gen;XU Wang; WANG Hong-Wei, et al., Chinese Physics C (HEP&NP) Aug.,2008, Vol.32, No.8,677 680. 5. GUO Wei,XU Yi,CHEN Jin-Gen, et al., Chinese Physics C (HEP & NP) Oct., 2008, Vol. 32, Suppl.,190-193. 6. Xu Y; Xu Wang;Ma Yu-Gang, Cai Xiang-Zhou, et al., Chinese Physics B, April 2009, Vol 18, No 4,1421-1427. 7. PAN Qiang-yan, XU Wang, LUO Wen et al., Nuclear Physics Review, Suppl. 26, 109 (2009). 8. LUO Wen, XU Wang, PAN Qiang-yan et al., Nuclear Physics Review, Suppl. 26, 115 (2009). 9. 罗文, 徐望, 潘强岩等人, 基于 LabVIEW 的 X 射线探测系统及其在激光康普顿散射实验中的应用,NED201 年会论文集, 第 484-490 页 国际刊物 : 1. Chen, J. G. Xu, W. Guo, W. et al., AIP Conf. Proc. 2006, Vol:865, pp.376-381. 2. W. Xu, Wei Huang, and Mu-Lin Yan, AIP Conf. Proc. NUCLEAR PHYSICS TRENDS: 6th China-Japan Joint Nuclear Physics Symposium, Nov.2, 2006,Volume 865, pp.262-267. 3. W. Guo, W. Xu, J.G. Chen, et al., Nucl. Instr. and Meth. A 578(2007)457 462. 4. J.G. Chen, W. Xu et al.,nucl. Instr. and Meth. A 580, Issue 3, 11 October 2007, Pages 1184-1190. 5. Y. Xu, W. Xu, Y.G. Ma, et al., Nucl. Instr. and Meth. A 581(2007)866 873. 6. Q.Y. Pan, W. Xu, W. Luo et al., Synchrotron Radiation News, 22, 11(2009). 7. J.G. Chen, W. Xu, H.W. Wang, et al., Nucl. Instr. and Meth. A 599(2009)118 123. 8. W. Luo, W. Xu, Q.Y. Pan et al., Proc. SPIE, V7385, 73852D (2009). 9. W. Luo, W. Xu, Q.Y. Pan et al., Rev. of Sci. Instrum, 81, 013304 (2010). 10. W. Luo, W. Xu, Q.Y. Pan et al., Applied Physics B, DOI: 10.1007/s00340-010-4100-0. 11. W. Luo, W. Xu, Q. Y. Pan et al., An Workshop X-ray spectroscopy on Developement system and and its application to the Laser-Compton scattering 21 experiments. (accepted by NIM A).

Thanks for your attention 22