课题一 面向高粒子能量的激光尾波级联和锁相加速研究
激光尾波加速由于可以提供高于传统加速器三个数量级的加速梯度，极具潜力成为下一代紧凑型对撞机和辐射源的加速方案，在世界范围内引起了广泛的兴趣，近年来取得了飞速的发展。然而由于受到单束激光能量的限制，数十GeV以上的高能电子加速必须采用独立激光驱动的各个尾波之间的有效级联；此外，当前单束激光驱动的单级尾波加速的潜力由于受到电子加速失相长度的限制，还没有被充分利用。本项目中我们拟针对激光尾波加速在高能加速方面存 在的多级激光尾波加速耦合效率低和单级激光尾波加速能量受限于失相长度的问题，提出全新 的级联加速和锁相加速方案，研发特殊结构的放电毛细管，利用等离子体通道对超短超强激光 和高能电子进行有效导引，开展双级高效加速和单级锁相加速的研究，给高能激光尾波加速提 供全新的解决方案，为将来更广泛的应用打下基础。
陈民
上海交通大学，物理与天文学院，教授
从事激光等离子体物理研究；2006年以来与合作者共发表学术论文130余篇（包括11篇Physics Review Letters，2篇 Nature Photonics，2篇 Light: Science & Applications，1篇 Nature Communications），引用3200余次，H因子30；应邀在国内外会议大会作特邀和邀请报告20余次。曾获中国科学院杰出科技成就奖（集体），蔡诗东等离子体物理奖，亚太物理学会等离子体分会青年科学家奖、求是杰出科技成就集体奖，教育部高等学校科学研究优秀成果自然科学二等奖（4/5），上海市自然科学一等奖（2/5）。作为负责人现主持承担国家自然科学基金重大和面上项目各一项。已结题国家自然科学基金青年项目、面上项目、863课题及上海浦江人才项目各一项。
1. 锁相加速-提升单级加速效率
(1)研究利用等离子体密度调谐同步缩小尾波结构，使电子束始终处于加速相；
(2)验证锁相加速原理，突破电子加速能量受限于失相长度的瓶颈，能量转换效率提升到原来的1.5倍。
2. 级联加速-大幅提升尾波加速的能量前沿
(1)利用电子束在直通道中的自身尾场约束电子束，避免横向发散
(2)利用渐变曲率半径的弯曲等离子体通道实现激光渐变导引。
(3)实现基于弯曲放电毛细管的级联加速，级联率比立项前的国际最高水平（3.5%）提高一个量级（~50%）。
本重大项目希望通过五年左右的时间，针对从激光尾波电子加速到激光尾波电子加速器、实用超快X 射线和高品质宽频辐射源跨越中的一系列关键问题开展原创性攻关研究，为我国今后经济社会发展所需的加速器小型化和产业升级，以及新一代大科学粒子加速装置的革命性突破奠定基础。
本课题的研究旨在解决利用激光尾波加速实现高能加速中的关键科学问题，如尾场间的级联加速，单级尾场加速中的能量极限突破，可以说是该重大项目中面向尾场加速能力本身及将来前沿科学应用研究中极其重要的一部分。同时，本课题研究中研发的各种构型的放电毛细管等离子体结构，对进一步拓展激光尾波的加速（如课题四研究中基于等离子体通道的受控X射线辐射源，全光汤姆逊散射源等）都有极大的参考价值和借鉴意义。