本發(fā)明涉及一種基于微尺寸近臨界密度等離子體的伽馬射線源及產(chǎn)生方法，它可以作為高性能伽馬射線源應(yīng)用于高能量密度物理，材料狀態(tài)檢測(cè)以及癌癥治療等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
緊聚焦短脈沖高能電子束與高Z金屬材料相互作用可以產(chǎn)生脈沖式伽馬射線源，這種源具有空間尺寸小(約數(shù)十微米)、發(fā)散度小(毫弧度量級(jí))、能量高(光子能量可達(dá)MeV)等優(yōu)點(diǎn)，因而在以下方面有十分巨大的應(yīng)用前景：1)正電子產(chǎn)生；2)高Z元素金屬材料照相，探測(cè)高Z材料內(nèi)部特性。這種新型超快緊聚焦脈沖式伽馬射線源研究引起了世界各國(guó)科學(xué)家的極大興趣。一般認(rèn)為，超強(qiáng)激光與近臨界密度等離子體相互作用可以產(chǎn)生大電荷量的高能電子束。將激光與近臨界密度等離子體所產(chǎn)生的電子束注入到高Z金屬轉(zhuǎn)換體中，從而產(chǎn)生高亮度的伽馬射線源。在先技術(shù)[1]：采用經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的小尺寸超聲速噴嘴噴氣可以產(chǎn)生近臨界密度等離子體。例如，對(duì)于直徑0.5毫米的噴嘴，當(dāng)氣體的背壓為300-400bar時(shí)，噴出的氦氣密度為1021/cm3，全離化后相應(yīng)的等離子體密度為2×1020/cm3。小尺寸超聲速噴嘴噴出氦氣全電離后的等離子體密度接近臨界密度。該噴嘴可以安全地工作在高真空環(huán)境下，不會(huì)給渦輪分子泵太高的負(fù)載以免損壞渦輪分子泵。噴嘴產(chǎn)生的臨界密度等離子體的密度比較均勻，但是也有幾個(gè)明顯缺點(diǎn)，主要是噴嘴等配氣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)龐大，不利于某些場(chǎng)合的應(yīng)用。此外，即使是小尺寸噴嘴，形成的近臨界密度等離子體的尺寸仍然較大，為數(shù)毫米。法國(guó)科學(xué)家Y.Glinec等人將脈沖寬度30fs，能量為1.3J的激光入射到3mm超聲速噴氣靶上(全離化后的等離子體密度為7.5×1018/cm3)，焦斑大小為18μm，獲得了電荷量為1.6nC(能量大于2MeV)的高能電子束，將其注入到厚度為2.5mm的鉭柱中，鉭柱放置在噴嘴后3mm處。最終獲得的最大光子能量可超過(guò)140MeV。在先技術(shù)[2]：通過(guò)調(diào)節(jié)預(yù)脈沖或者自發(fā)放大輻射的參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制等離子體自身膨脹的方式也可以產(chǎn)生具有一定密度梯度標(biāo)長(zhǎng)的近臨界密度等離子體。Yogo等人證明采用調(diào)整普克爾盒的方式調(diào)整自發(fā)放大輻射持續(xù)時(shí)間范圍0.5-5ns可以產(chǎn)生近臨界密度等離子體。例如，激光功率密度為1.5×1019W/cm2，主脈沖前10ps處的自發(fā)放大輻射強(qiáng)度對(duì)比度為2×105時(shí)，自發(fā)放大輻射入射到7.5μm厚的聚酰亞胺薄膜上可產(chǎn)生最高密度2×1022/cm3的等離子體。美國(guó)勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室的陳慧，使用功率密度為1012-1014W/cm2預(yù)脈沖直接作用在1mm厚的金盤(pán)靶上，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了標(biāo)尺長(zhǎng)度20-50μm的預(yù)等離子體。激光主脈沖和其相互作用后的高能電子進(jìn)入金盤(pán)靶內(nèi)部后，最終產(chǎn)生能量為數(shù)十MeV的伽馬光子。不過(guò)，這一技術(shù)所產(chǎn)生的等離子體密度仍然偏高，密度為臨界密度的10倍左右，不利于產(chǎn)生空間發(fā)散角小的高能電子束，也就不利于控制伽馬射線源的空間尺寸。在先技術(shù)[3]：采用ns長(zhǎng)脈沖燒蝕塊狀泡沫。一般采用的是2倍頻或者3倍頻ns釹玻璃激光來(lái)燒蝕塊狀泡沫材料以產(chǎn)生近臨界等離子體。例如采用多束經(jīng)過(guò)KPP束勻滑的三倍頻激光入射C15H20O6泡沫中，泡沫靶的直徑為2.5mm，長(zhǎng)度為500μm。平均每束激光能量在200-400J，脈沖長(zhǎng)度為3ns，根據(jù)局域熱平衡模型(LTE)獲得的等離子體電子溫度在1.3keV左右。對(duì)于ns長(zhǎng)脈沖燒蝕塊狀泡沫的方式，光束的口徑較大，因而所需的ns激光能量仍然較大。上述三種在先技術(shù)所形成的近臨界密度等離子體不是尺寸過(guò)大，就是密度過(guò)高，不利于激光在其中的穩(wěn)定傳輸，進(jìn)而導(dǎo)致不利于產(chǎn)生高亮度緊聚焦短脈沖伽馬射線源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于微尺寸近臨界密度等離子體的伽馬射線源及產(chǎn)生方法。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：基于微尺寸近臨界密度等離子體的伽馬射線源，包括真空靶室系統(tǒng)及設(shè)置在所述的真空靶室系統(tǒng)內(nèi)側(cè)的復(fù)合結(jié)構(gòu)靶，所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)靶包括靶框及設(shè)置在靶框一側(cè)的金屬鉭柱，在所述的靶框遠(yuǎn)離所述的金屬鉭柱一端覆蓋有低密度碳?xì)鋵?，在所述的金屬鉭柱與所述的靶框之間設(shè)置有密閉空腔，所述...