中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室徐至展院士、李儒新研究员领衔的研究团队，基于超强超短激光驱动的超高亮度伽玛射线源研究取得突破性进展。相关研究成果发表于《科学报告》。 

据悉，研究人员利用超强超短激光驱动的级联尾波场加速获得高性能高能电子束与激光对撞产生超高亮度准单色MeV量级伽玛射线源，其最高峰值亮度达3×10²² photons s^-1 mm^-2 mrad^-2 0.1%BW（注：国际通用的光源亮度单位），与国际上报道的同类伽玛射线源亮度相比高出一个量级以上，比传统伽玛射线源同能区的峰值亮度提高了10万倍。 

基于相对论电子束与激光对撞的逆康普顿散射是目前产生高能伽玛射线源的有效途径。高能伽玛射线源在核物理与核光子学、粒子物理、无损检测、材料科学、医疗诊断、核能、空间技术等诸多领域有着极其重要的应用价值，世界上很多国家包括中国都在积极建立伽玛射线源，但基于传统加速器的伽玛射线源装置体积庞大，造价昂贵，限制了其发展与应用。专家解释说，超强超短激光驱动等离子体尾波场电子加速是一种全新的电子加速机制，其加速梯度相比于传统电子加速器提高了3个量级以上，能够大幅度降低系统的规模和成本，实现康普顿伽玛射线源装置的小型化。此外，超强超短激光加速产生的相对论电子束天然具有飞秒尺度脉宽、微米量级尺寸的特性，使伽玛射线脉冲具有传统方法难以获得的超短脉冲、超高亮度等显著优点。 

据悉，上海光机所研究团队近年来在激光尾波场电子加速方面开展了独具特色的研究，国际上首次成功实现级联双尾波场准单能高能电子加速新方案，获得了GeV级准单能电子束等重要研究成果。这次在康普顿伽玛射线源的研制过程中，利用自行研制的高重复频率200TW超强超短激光装置，通过优化级联尾波场电子加速中的电子注入位相，获得了峰值能量在200~500 MeV范围，能散~1%，电量~50pC，发散角<0.4 mrad，脉宽~10fs的高性能准单能电子束。同时，利用等离子体镜反射驱动激光与该电子束实现自同步精确对撞，产生了峰值能量在0.2-2 MeV范围可调谐的准单色伽玛射线源。最高峰值亮度达到 3×10²² photons s^-1 mm^-2 mrad^-2 0.1%BW，比传统伽玛射线源同能区的峰值亮度提高10万倍，同时单发伽玛光子数达到5×10⁷光子。 

论文审稿人对该结果给予了高度评价“...该论文非常全面地表征了一种全光驱动准单色康普顿散射源，并在软伽玛射线范围取得了创纪录的峰值亮度...”及 “...作者们通过全方位的测量、考虑可能存在的背景影响以及详尽的模拟，给出了非常完整的物理图像...”。 

中科院院士徐至展表示，这种小型化超高亮度准单色MeV量级伽玛射线源将在核物理与核光子学、材料科学、无损检测、医疗诊断等方面有着广泛的应用前景。