激光驱动的高梯度粒子加速器和高亮度辐射源是近几十年内跨多个领域的研究热点。激光等离子体加速避免了真空击穿电场的限制，具有显著减小加速器的体积和造价，激发其向更高能区发展的潜力。林晨研究员自 2005 年起在激光等离子加速领域开展研究工作，在激光驱动的电子加速，离子加速，辐射等方面都取得一系列成果。以第一作者/通讯作者在加速器和等离子体领域主流期刊上发表论文二十余篇，以第一申请人申请发明专利八项， 先后主持国家级研究基金 7 项。 曾获国家自然科学优秀青年基金资助（2021 年） ，核学科女性奖（2021 年）， 中国粒子加速器学会希望杯奖项 （2016）， 中国物理学会蔡诗东等离子体物理奖（2012） ， 入选 ITER 计划专项物理人才项目首席科学家（2015 年） 。近年来的研究主要集中在激光质子加速方向，综合利用多种理论和技术来突破上述瓶颈，建成首台“激光质子加速器”，并实现质子束的稳定产生和传输、将其成功推广到多个应用领域。 研究成果可归纳如下：（1）首次利用点-点传输电磁铁束线新方法，实现世界上首台稳定可调的激光质子加速器，实现能量 1-9 MeV 单能质子束的精准传输和辐照。（2）成功将等离子体元件应用到激光加速器。首次提出临界密度等离子体透镜，显著提高加速离子的品质；首次提出利用高梯度主动等离子体透镜进行激光加速质子束传输，有望进一步实现台面化的离子束线。（3）利用激光加速质子束独有特点，发掘与传统束流显著不同的辐照效应，开展多领域合作实验，充分发挥科研成果价值。在国际上首次提出基于激光加速的离子束轨迹探针（ LITP）诊断新方法，有望为磁约束能源装置提供一种不可或缺的二维磁场新型诊断方法（ 4） 研发加速器控制系统及肿瘤放疗治疗控制系统，最终实现装置自主学习、一键开关，局部无人值守，全自动智能控制。以上研究成果使我国激光质子加速器研究处于国际领先地位。

主要的研究方向介绍：

（一）激光驱动离子加速及辐照应用研究 ：利用高功率激光驱动的等离子体加速机制有望建成未来紧凑型的加速器和辐射源。目前利用PW激光加速出质子束能量已经接近100 MeV，初步具备了在生物医学，材料科学和高能量密度等领域的应用基础。本课题将对激光加速器的物理原理和实验技术进行优化改进，提高加速离子束的品质和可控性；也将基于这种超快离子束探索新的辐照现象和应用领域。

（二）高梯度等离子体束流传输元件 ：利用毛细管放电等离子体系统，研究人员取得了目前激光加速电子8 GeV的能量记录。与此同时，等离子体可以支撑极高的电磁场，实现比传统磁铁元件高三个量级的聚焦梯度，有望实现厘米量级的紧凑型的束流传输线。基于高梯度等离子体的束线设计将实现激光加速器的彻底小型化，扩展其应用领域。

（三）新一代加速器控制系统研究： 控制系统是加速器的大脑和中枢神经。本课题将开展加速器控制方法的研究，通过设计模块化的软硬件平台架构与API接口，建立全生命周期的设备控制和数据采集，大科学装置数据库和物理控制模型，结合采用机器学习及其它优化算法，设计并开发高度智能化、自动化、模块化、标准化的软硬件控制系统，并可适用于多种大型科研及产业装置。