CN115209602A - 激光等离子体加速机制产生软x射线的碳固体靶及应用 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光等离子体加速机制产生软X射线的碳固体靶，该碳固体靶包括碳纳米管层，碳纳米管层包括垂直碳纳米管阵列。该碳固体靶与超短超强激光作用产生软X射线的能量转换效率高，产生的软X射线亮度高、脉宽短且相干性好，从而促进了软X射线在水窗成像和碳窗成像中的应用。本申请还提供了一种激光等离子体加速机制产生软X射线的方法。

Description

激光等离子体加速机制产生软X射线的碳固体靶及应用

技术领域

本申请涉及激光等离子体加速领域，具体涉及激光等离子体加速机制产生软X射线的碳固体靶及应用。

背景技术

软X射线(SXR，0.1nm-10nm)波段的超短脉冲高亮度激光辐射可以用于“水窗”(2.3nm-4.4nm)和“碳窗”(4.5nm-5.0nm)成像，对于探测大分子结构、诊断化学反应过程、实时活体细胞成像等具有重要意义。现有的软X射线光源是基于传统加速器的同步辐射装置或自由电子激光器实现的，存在电场加速梯度小的局限性，而在实际应用中需求亮度高、脉宽短、相干性好的光辐射源；此外，上述基于传统加速器的辐射源装置规模庞大、造价昂贵，限制了软X射线光辐射的应用。

随着超短超强激光与物质相互作用产生等离子体的激光加速器的飞速发展，基于超短超强激光产生光辐射的装置不仅尺寸小、成本低，并且超强脉冲激光与固体靶相互作用可以产生短脉冲、高亮度的光辐射。然而现有的激光加速器所采用的固体靶材料产生软X射线、特别是“水窗”、“碳窗”波段光辐射的能量转换效率低。因此，有必要提供一种与超强激光作用后能够产生高亮度软X射线光辐射的固体靶，以促进软X射线在水窗成像和碳窗成像中的应用。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种激光等离子体加速机制产生软X射线的碳固体靶，该碳固体靶与超短超强激光作用产生软X射线的能量转换效率高，产生的软X射线亮度高、脉宽短，促进了软X射线在水窗成像和碳窗成像中的应用。本申请还提供了一种激光等离子体加速机制产生软X射线的方法和一种激光等离子体加速器。

本申请第一方面提供了一种激光等离子体加速机制产生软X射线的碳固体靶，所述碳固体靶包括碳纳米管层，所述碳纳米管层包括垂直碳纳米管阵列。

本申请的碳固体靶通过采用垂直碳纳米管阵列作为靶体，碳固体靶与超短超强激光相互作用可以产生超高的电子密度和超高电子温度；并且超强激光入射垂直碳纳米管阵列时产生的电子是旋转运动的，超快电子在围绕碳纳米管运动期间会经历电子感应加速共振并获得高能量，从而获得高亮度的软X射线光辐射。

可选地，所述碳固体靶还包括设置在所述碳纳米管层表面的碳纳米薄膜层，所述碳纳米薄膜层包括石墨烯层、金刚石层和类金刚石层中的一种或多种。

可选地，所述碳纳米管层的密度为0.1g/cm³-2.5g/cm³。

可选地，所述垂直碳纳米管的管径为0.1nm-200nm。

可选地，所述垂直碳纳米管的高度为1μm-20μm。

可选地，所述碳纳米管层的厚度为1μm-20μm。

可选地，所述碳纳米薄膜层的厚度为0.1nm-200nm。

可选地，所述碳固体靶还包括基底，所述碳纳米管层设置在所述基底表面。

可选地，所述基底表面具有一个或多个凸起结构。

可选地，所述凸起结构的高度小于或等于50μm。

可选地，所述凸起结构包括半球状结构、柱状结构和锥台状结构中的一种或多种。

可选地，所述凸起结构包括圆柱状结构，所述圆柱状结构的直径为1nm-100μm。

可选地，所述碳固体靶与激光相互作用产生软X射线的能量转换效率大于或等于6％。进一步地，所述碳固体靶与激光相互作用产生软X射线的能量转换效率大于或等于20％。

本申请中的碳固体靶与超短超强激光相互作用可产生高亮度的软X射线光辐射，并且该过程的能量转换效率高，为实现高亮度高品质(高能量、低能散)的软X射线光源提供了一种新方法，具有良好的应用前景。

第二方面，本申请提供了一种激光等离子体加速机制产生软X射线的方法，该方法采用超短超强激光与碳固体靶相互作用产生等离子体从而产生软X射线，所述碳固体靶包括碳纳米管层，所述碳纳米管层包括垂直碳纳米管阵列。

可选地，所述激光等离子体加速机制产生软X射线的方法中，所述激光的峰值功率大于或等于1×10¹⁸W/cm²。

第三方面，本申请提供了一种激光等离子体加速器，该激光等离子体加速器包括本申请第一方面提供的碳固体靶。

本申请第三方面提供的激光等离子体加速器，由于采用了本申请的碳固体靶因此可以形成具有高亮度和高品质的软X射线光辐射。

附图说明

图1为本申请一实施方式提供的碳固体靶结构示意图；

图2为本申请另一实施方式提供的碳固体靶结构示意图；

图3为本申请另一实施方式提供的碳固体靶结构示意图；

图4为本申请另一实施方式提供的碳固体靶结构示意图；

图5为本申请实施例1提供的碳固体靶的扫描电镜图；

图6为本申请实施例2提供的碳固体靶的扫描电镜图；

图7为本申请实施例1提供的碳纳米管层的扫描电镜图；

图8为本申请实施例3提供的垂直碳纳米管的透射电镜图；

图9为本申请实施例2提供的单根垂直碳纳米管的选区电子衍射图；

图10为本申请实施例提供的碳固体靶的扫描电镜图，其中，图10中(a)为实施例2的垂直碳纳米管的高度示意图，图10中(b)为实施例2的垂直碳纳米管的扫描电镜图，图10中(c)、(d)和(e)分别为实施例3、实施例4和实施例5的覆盖类金刚石层的垂直碳纳米管的扫描电镜图；

图11为本申请实施例1提供的激光加速实验产生光辐射的波段分析图；

图12为本申请提供的实施例2-5激光加速碳固体靶产生光辐射强度对比图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

水窗成像是基于碳原子(构成活细胞的主要元素)和氧原子(构成水的主要元素)对水窗波段(2.3nm-4.4nm)的软X射线光吸收率差异大而实现的成像技术，因此软X射线对于探测大分子结构、诊断化学反应过程、实时活体细胞成像等具有重要意义。目前，亮度最高的软X射线光源是基于传统加速器的同步辐射装置或自由电子激光器实现的，存在电场加速梯度小的局限性，而在实际应用中需求亮度高、脉宽短、相干性好的光辐射源，并且基于传统加速器的辐射源装置规模庞大、造价昂贵，限制了软X射线的应用。为获得高亮度的软X射线光源，本申请提供了一种激光加速产生软X射线的碳固体靶，该碳固体靶与超短超强激光作用产生软X射线的能量转换效率高，产生的软X射线亮度高、脉宽短且相干性好，从而促进了软X射线在水窗成像和碳窗成像中的应用。

请参阅图1，图1为本申请一实施方式提供的碳固体靶结构示意图。图1中，碳固体靶包括碳纳米管层10，碳纳米管层10包括垂直生长的碳纳米管阵列。该垂直碳纳米管层具有比平面碳固体靶更高的比表面积，使激光可以穿透靶表面并与纳米靶的侧壁作用，增加激光与固体靶相互作用的表面积，从而提高碳固体靶对激光能量的吸收率；此外，碳纳米阵列固体靶在超强超短激光(峰值功率大于或等于1×10¹⁸W/cm²)的照射下能够产生超高密度(比典型的临界密度高两个数量级)和超高温度的等离子体，使得高能量密度等离子体的流体动力学冷却时间大于辐射冷却时间，从而使比率更高的等离子体能量转化为软X射线光辐射；并且由于碳纳米管为垂直排列，超强激光入射圆柱形纳米线固体靶所产生的超快电子在围绕纳米线的运动过程中会发生电子感应加速共振而获得高能量，从而获得更高亮度的超短脉冲软X射线光辐射。本申请基于激光加速机制产生的软X射线亮度高、脉宽短、相干性好且能量转换效率高，突破了目前基于传统加速器输出超短脉冲光辐射的瓶颈，为生物活体实时成像提供了高品质的软X射线光源，并且激光加速机制产生光辐射的装置尺寸小，成本低，更加促进了软X射线的应用。

本申请实施方式中，碳纳米管层的密度为0.1g/cm³-2.5g/cm³。碳纳米管层的密度具体可以但不限于为0.1g/cm³、0.5g/cm³、1g/cm³、2g/cm³或2.5g/cm³。控制垂直碳纳米管的密度在上述范围时可以使激光与物质相互作用产生的电子能够获得较强的共振效应，从而产生高亮度的软X射线。本申请实施方式中，垂直碳纳米管的管径为0.1nm-200nm。垂直碳纳米管的管径具体可以但不限于为0.1nm、1nm、10nm、20nm、40nm、60nm、100nm或200nm。本申请一些实施方式中，垂直碳纳米管的管径为20nm-40nm。本申请实施方式中，垂直碳纳米管可以是垂直单壁碳纳米管也可以是垂直多壁碳纳米管，当垂直碳纳米管为垂直多壁碳纳米管时，多壁碳纳米管的层数为2-100层。本申请一些实施例中，碳纳米管层中的碳纳米管为垂直多壁碳纳米管，当垂直碳纳米管为多壁碳纳米管阵列时排列整齐，比表面积大，有利于激光与物质相互作用产生超高电子密度，进而提高软X射线的亮度。

本申请实施方式中，垂直碳纳米管的高度为1μm-20μm。垂直碳纳米管的高度具体可以但不限于为1μm、3μm、5μm、8μm、10μm、15μm或20μm。本申请中，垂直碳纳米管的高度即为碳纳米管层的厚度。本申请实施方式中，碳纳米管层的厚度为1μm-20μm。碳纳米管层的厚度具体可以但不限于为1μm、3μm、5μm、8μm、10μm、15μm或20μm。本申请一些实施方式中，碳纳米管层的厚度为5μm-10μm。当碳纳米管层的厚度在5μm-10μm时，激光与碳固体靶作用时可以具有较高的能量转换效率。

本申请一些实施方式中，碳固体靶还包括设置在碳纳米管层表面的碳纳米薄膜层。请参阅图2，图2为本申请另一实施方式提供的碳固体靶结构示意图。图2中，碳固体靶包括碳纳米管层10以及设置在碳纳米管层10表面的碳纳米薄膜层20。本申请中，设置碳纳米薄膜层可以调节靶体材料的碳原子密度，从而提高软X射线光辐射的能量转换效率。本申请实施方式中，碳纳米薄膜层包括石墨烯层、金刚石层和类金刚石层中的一种或多种。本申请一些实施方式中，采用类金刚石层作为碳纳米薄膜层。类金刚石层具有致密度高、均匀性好以及硬度高的优点，采用类金刚石层作为碳纳米薄膜层不仅能够优化光辐射的能量转换效率，所得的碳固体靶也具有良好的结构稳定性。

本申请实施方式中，碳纳米薄膜层的厚度为0.1nm-200nm。碳纳米薄膜层的厚度具体可以但不限于为0.1nm、1nm、5nm、10nm、30nm、50nm、100nm或200nm。本申请中，碳固体靶的碳原子密度随碳纳米薄膜层厚度的增加而增大，因此对碳纳米薄膜层的厚度进行调整即可调整碳固体靶的碳原子密度，当碳固体靶中的碳原子密度达到一定值时，激光与物质相互作用产生超短脉冲软X射线光辐射的亮度可以达到最大值。本申请中，当碳纳米管层表面设置有碳纳米薄膜层时，可以理解地，碳纳米管层中垂直碳纳米管的表面被碳纳米薄膜层所包覆。

本申请一些实施方式中，碳固体靶还包括基底。本申请一些实施例中，基底为硅基底，基底的厚度为500μm。请参阅图3，图3为本申请另一实施方式提供的碳固体靶结构示意图。图3中，碳固体靶包括基底30、设置在基底30表面的碳纳米管层10以及设置在碳纳米管层10表面的碳纳米薄膜层20，其中基底30为平面结构。本申请一些实施方式中，基底表面具有一个或多个凸起结构。请参阅图4，图4为本申请另一实施方式提供的碳固体靶结构示意图。图4中，碳固体靶包括基底30、设置在基底30表面的碳纳米管层10以及设置在碳纳米管层10表面的碳纳米薄膜层20，基底30的表面具有多个周期排列的凸起结构。在基底表面设置凸起结构一方面可以增大碳固体靶的比表面积，并提高激光入射碳固体靶的深度，从而增加碳固体靶对激光的吸收率；另一方面凸起结构可以调节碳纳米管层的形貌，优化碳管团簇的表面碳原子密度。本申请实施方式中，凸起结构包括半球状结构、柱状结构和锥台状结构中的一种或多种。本申请一些实施方式中，基底表面具有多个阵列设置的圆柱状凸起结构，圆柱状凸起结构的直径为5μm-20μm，圆柱状凸起结构的高度小于或等于50μm，圆柱状凸起结构的间距为5μm-15μm。

本申请实施方式中，激光的脉宽为1fs-1000fs，激光的脉宽具体可以但不限于为1fs、10fs、20fs、100fs、500fs或1000fs。本申请实施方式中，激光的峰值功率大或等于1×10¹⁸W/cm²。激光的峰值功率具体可以但不限于为1×10¹⁸W/cm²、5×10¹⁸W/cm²、1×10¹⁹W/cm²、5×10¹⁹W/cm²或1×10²⁰W/cm²。本申请一些实施例中，激光加速打靶产生软X射线的实验参数设置如下：激光的中心波长为800nm，脉宽为30fs，能量为1J，激光焦斑为4.0μm×4.5μm，激光的峰值功率为4×10¹⁹W/cm²，激光的对比度为10^-10。

本申请实施方式中，碳固体靶与激光作用产生的光辐射特征峰的波长为2nm-5nm，与水窗波段吻合，可以很好地应用在水窗成像中。本申请实施方式中，碳固体靶与激光作用产生软X射线的能量转换效率大于或等于6％。本申请一些实施方式中，碳固体靶与激光作用产生软X射线的能量转换效率大于或等于20％。碳固体靶与激光作用产生软X射线的能量转换效率具体可以但不限于为6％、10％、12％、15％、20％、23％、27％或30％。

本申请提供的碳固体靶与超强激光作用可以产生高亮度和高品质的软X射线，并且该过程的能量转换效率高，有利于软X射线在水窗成像中的应用。

本申请还提供了上述碳固体靶的制备方法，包括：提供基底，通过化学气相沉积法在基底表面制备得到碳纳米管层，在碳纳米管层表面沉积碳纳米薄膜层，得到碳固体靶。

本申请实施方式中，基底包括低阻硅片基底。本申请一些实施方式中，基底表面具有一个或多个凸起结构，基底表面的凸起结构可以通过反应离子刻蚀法得到，通过调节掩膜图形和刻蚀深度即可得到不同形貌和尺寸的凸起结构。本申请一些实施例中，采用酞菁裂解法制备碳纳米管层。采用酞菁裂解法有利于形成具有良好直立取向性的碳纳米管，并且碳管的长度和管径均一。

本申请实施方式中，酞菁裂解法的步骤包括：采用独立双温控加热系统，将酞菁盐置于加热炉低温区，基底置于加热炉高温区；将系统抽至真空后将氩气和氢气的混合气体通入反应室；将高温区升温至700℃-1000℃，低温区升温至550℃-650℃，酞菁盐在低温区发生裂解由随混合气体进入高温区并在高温区生成垂直碳纳米管，垂直碳纳米管的生长时间为15min-30min，生长结束后降温至200℃时关闭气源，在真空状态下冷却至室温，得到碳纳米管层。本申请实施方式中，酞菁盐包括酞菁铁、酞菁钴和酞菁镍中的一种或多种，氩气和氢气混合气体的流速为5sccm-150sccm。本申请一些实施方式中，垂直碳纳米管的生长时间为20min，控制垂直碳纳米管的生长时间有利于控制碳纳米管的管径和长度，从而调节碳固体靶的光辐射能量转化率。

本申请一些实施方式中，碳固体靶还包括碳纳米薄膜层，碳纳米薄膜层包括石墨烯层、金刚石层和类金刚石层中的一种或多种。本申请一些实施例中，碳纳米薄膜层为类金刚石层。类金刚石层的制备方法包括磁控溅射法、等离子体增强化学气相沉积法和磁过滤阴极真空弧沉积法。本申请中，采用磁过滤阴极真空弧沉积法制备类金刚石层。磁过滤阴极真空弧沉积法是通过90度偏滤弯管过滤掉中性碳团簇，相比未加磁过滤的薄膜沉积装置，具有高离化率、高离子能量、高沉积率等优点，并且该方法能够精确地控制类金刚石层地厚度，制备得到的类金刚石层致密度高、结构均匀且结合力好。

本申请实施方式中，磁过滤阴极真空弧沉积法采用圆柱形高纯(99.9％)石墨棒作为阴极，脉冲触发电源的触发电压为12kV，触发阳极电压<90V，基底直流/脉冲负向偏压可调节，初始真空度低于9.9×10^-4Pa，工作气体为高纯氩气，沉积温度均为室温(25℃)，所制备的类金刚石层的厚度与阴极弧源的脉冲计数成正比，因此可以通过调节脉冲计数来控制类金刚石层的厚度，保证类金刚石层的厚度在0.1nm-200nm的范围内。

本申请提供的碳固体靶的制备方法操作简单，所得的碳固体靶稳定性好，与超强激光作用能够产生高亮度高品质的软X射线。

本申请还提供了一种激光等离子体加速器，该激光等离子体加速器包括上述碳固体靶。本申请提供的激光等离子体加速器由于采用本申请的碳固体靶，因此能够实现高亮度和高品质的软X射线发射。

下面分多个实施例对本申请的技术方案进行进一步的说明。

实施例1

一种碳固体靶的制备方法，包括如下步骤：

a)采用反应离子刻蚀法对重掺杂n型硅片衬底进行刻蚀，在基底表面形成多个硅圆柱，硅圆柱的直径为10μm，硅圆柱的高度为7μm，硅圆柱之间的间距为10μm；

b)采用酞菁裂解法在基底表面形成碳纳米管层(CNT)，碳纳米管层的平均厚度为8.3μm，得到碳固体靶。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于硅圆柱的高度为10μm。

实施例3

实施例3与实施例2的区别在于在制备得到碳纳米管层后，实施例3采用磁过滤阴极真空弧沉积法(FCVA)在碳纳米管层(CNT)形成类金刚石层(DLC)，得到碳固体靶，类金刚石层的厚度为7.5nm。

实施例4

实施例4与实施例3的区别在于，实施例4中类金刚石层的厚度为15nm。

实施例5

实施例5与实施例3的区别在于，实施例5中类金刚石层的厚度为30nm。

效果实施例

为验证本申请制得的碳固体靶的结构和性能，本申请还提供了效果实施例。

1)采用扫描电镜和透射电镜对实施例1-5碳固体靶的形貌进行表征。

请参阅图5、图6和图7，图5为本申请实施例1提供的碳固体靶的扫描电镜图，图6为本申请实施例2提供的碳固体靶的扫描电镜图，图7为本申请实施例1提供的碳纳米管层的扫描电镜图。由图5和图6可以看出实施例1和实施例2成功制备出了碳纳米管层，由于酞菁盐裂解制备的碳纳米管沿硅圆柱的顶部、底部和侧壁垂直生长，故硅圆柱侧壁上的碳纳米管生长方向相对于硅圆柱顶部和底部为水平生长，请参阅图5，当硅圆柱高度(7μm)比垂直碳纳米管高度(8.3μm)小时，硅圆柱侧壁上水平生长的碳纳米管被硅基底底部垂直生长的垂直碳纳米管挤压成垂直形态，请参阅图6，当硅圆柱高度(10μm)比碳纳米管高度(8.3μm)大时，硅圆柱侧壁顶端部分生长的碳纳米管不会被挤压，因而保持水平生长状态，因此不同高度的硅圆柱上生长的碳纳米管团簇会形成不同的表面形态。由图7可以看出，实施例1中垂直碳纳米管的管径为25nm-40nm。请参阅图8，图8为本申请实施例3提供的垂直碳纳米管的透射电镜图。由图8可以看出碳纳米管表面包覆有类金刚石层，类金刚石层的厚度约为7.5nm，并且类金刚石层与碳纳米管结合良好，这说明实施例3成功地在碳纳米管层表面包覆了类金刚石层。请参阅图9，图9为本申请实施例2提供的单根垂直碳纳米管的选区电子衍射图，由图9可以看出垂直碳纳米管为单层碳原子紧密排布的有序结构。

请参阅图10，图10为本申请实施例提供的碳固体靶的扫描电镜图，其中，图10中(a)为实施例2的垂直碳纳米管的高度示意图，图10中(b)为实施例2的垂直碳纳米管的扫描电镜图，图10中(c)、(d)和(e)分别为实施例3、实施例4和实施例5的覆盖类金刚石层的垂直碳纳米管的扫描电镜图。由图10中(a)可以看出，垂直碳纳米管的高度为8.3μm，即碳纳米管层的厚度为8.3μm；由图10中(b)可以看出实施例2垂直碳纳米管的管径约为30nm；由图10中(c)可以看出实施例3中，垂直碳纳米管表面包覆有类金刚石层，计算后可以得出类金刚石层的厚度为7.5nm；由图10中(d)可以看出实施例4中，类金刚石层的厚度为15nm；由图10中(e)可以看出实施例5中，类金刚石层的厚度为30nm。

2)对实施例1-5的碳固体靶进行激光加速实验，测试得到实施例1-5碳固体靶中碳原子的Ly-α、He-α峰的辐射强度，以及被加速的质子能量。

本申请激光加速实验的实验参数具体为：激光的中心波长为800nm，脉宽为30fs，能量为1J，激光焦斑为4.0μm×4.5μm，激光的峰值功率为4×10¹⁹W/cm²，激光的对比度为10^-10。请参阅图11，图11本申请实施例1提供的激光加速实验产生光辐射的波段分析图。由图11可以看出本申请碳固体靶的光辐射特征峰位波长在水窗波段范围内，并且碳元素Ly-α的峰值约为7.0×10⁵，He-α的峰值约为5.2×10⁵。

请参阅表1和图12，表1为超短超强激光与本申请实施例2-5的激光与碳固体靶相互作用产生光辐射实验数据表，图12为本申请提供的实施例2-5激光加速碳固体靶产生光辐射强度对比图。由表1和图12可以看出实施例2-5中，随类金刚石层的厚度增加，碳元素的Ly-α、He-α光辐射强度先增加后减小，质子能量单调减小，这说明在碳纳米管层沉积不同厚度的类金刚石层能够对碳固体靶的碳原子密度、光辐射强度和粒子加速能量起到调制作用。在本申请的实施例中，类金刚石层的厚度为15nm时碳固体靶的光辐射强度最大，能量转换效率最高。

表1实施例2-5激光加速碳固体靶产生光辐射实验数据

本申请采用超短超强激光与碳固体靶相互作用产生软X射线波段光辐射，通过实施例的实验分析了碳固体靶的结构和密度对碳元素Ly-α和He-α特征光谱亮度的调制作用。碳固体靶包括碳纳米管层，通过在碳纳米管表面覆盖类金刚石层可以改变碳固体靶的原子密度。随着类金刚石层的厚度由0nm增加到30nm，碳元素的Ly-α和He-α谱线亮度先增加后减小，表明碳固体靶的密度存在最优值，在最优的碳固体靶密度下，相对论激光入射碳固体靶后产生软X射线光辐射的能量转换效率最高，从而为调制靶体密度以提高软X射线光辐射的能量转换效率提供实验依据。

以上所述是本申请的优选实施方式，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种激光等离子体加速机制产生软X射线的碳固体靶，其特征在于，所述碳固体靶包括碳纳米管层，所述碳纳米管层包括垂直碳纳米管阵列。

2.如权利要求1所述的碳固体靶，其特征在于，所述碳固体靶还包括设置在所述碳纳米管层表面的碳纳米薄膜层，所述碳纳米薄膜层包括石墨烯层、金刚石层和类金刚石层中的一种或多种。

3.如权利要求1或2所述的碳固体靶，其特征在于，所述碳纳米管层的密度为0.1g/cm³-2.5g/cm³；所述垂直碳纳米管的管径为0.1nm-200nm。

4.如权利要求1-3任一项所述的碳固体靶，其特征在于，所述垂直碳纳米管的高度为1μm-20μm。

5.如权利要求2所述的碳固体靶，其特征在于，所述碳纳米薄膜层的厚度为0.1nm-200nm。

6.如权利要求1-5任一项所述的碳固体靶，其特征在于，所述碳固体靶还包括基底，所述碳纳米管层设置在所述基底表面；所述基底表面具有一个或多个凸起结构，所述凸起结构的高度小于或等于50μm。

7.如权利要求1-6任一项所述的碳固体靶，其特征在于，所述碳固体靶与激光相互作用产生软X射线的能量转换效率大于或等于6％。

8.一种激光等离子体加速机制产生软X射线的方法，其特征在于，采用超短超强激光与碳固体靶相互作用产生等离子体从而产生软X射线，所述碳固体靶包括碳纳米管层，所述碳纳米管层包括垂直碳纳米管阵列。

9.一种激光等离子体加速机制产生软X射线的方法，所述方法包括使用如权利要求2-7任一项所述的碳固体靶。

10.如权利要求8或9所述的激光等离子体加速机制产生软X射线的方法，其特征在于，所述激光的峰值功率大于或等于1×10¹⁸W/cm²。

11.一种激光等离子体加速器，其特征在于，所述激光等离子体加速器包括如权利要求1-7任一项所述的碳固体靶。

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