PW 激光驱动金属丝扭摆器产生的准直超亮伽马射线

三维 QED 粒子网格模拟表明，当一束 2.5 PW、20 fs 的激光脉冲沿亚波长宽度的实心金属丝传播时，可沿金属丝表面高效产生定向同步辐射 $\gamma-$射线。在脉冲 8\% 的能量转换下，该 $\gamma-$射线在 10 fs 内包含 $10^{12}$ 个能量介于 5 至 500 MeV 的光子，对应峰值亮度为每 0.1\% 带宽 $10^{27}$ 个光子 ${\rm s^{-1}~ mrad^{-2}~ mm^{-2}}$。其亮度和光子能量分别比同步辐射装置的最高值高 2 和 3 个数量级。该辐射归因于沿金属丝表面良好引导的 nC、GeV 电子束的产生，以及它们在金属丝高密度表面所感生的强静电与静磁场中的扭摆运动。特别地，这些准静态场如此之强，以至于 QED 效应已在 $\gamma-$射线辐射中扮演重要角色。在现有 0.5 PW 至 5 PW 的激光功率 $P_0$ 范围内，该方案可稳健产生峰值位于 $1^\circ$、发散角几毫弧度的 $\gamma-$射线，其光子能量和数目分别随 $P_0$ 和 $P_0^{3/2}$ 大致标度。我们的方案兼具基于激光尾波场加速方案的高方向性优点，以及基于激光-固体相互作用方案的高电荷优点。