德國(guó)亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心科學(xué)家在激光等離子體加速方面取得重大進(jìn)展。他們采用一種創(chuàng)新方法，成功將質(zhì)子能量從約80兆電子伏特提高到150兆電子伏特。這一成果大幅超越了此前的質(zhì)子加速紀(jì)錄，讓小型激光設(shè)備首次獲得迄今僅在更大型設(shè)施中才能獲得的能量水平。最新研究有望促進(jìn)醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展。相關(guān)論文發(fā)表于13日出版的《自然·物理學(xué)》雜志。

圖片:milestone-in-plasma-ac.jpg

新方法通過(guò)激光脈沖顯著提高了質(zhì)子加速能量（藝術(shù)想象圖）

與傳統(tǒng)加速器相比，激光等離子體加速器并不依賴強(qiáng)大的無(wú)線電波推動(dòng)粒子運(yùn)動(dòng)，而是利用激光加速粒子。但這項(xiàng)技術(shù)目前處于研究階段，全球僅有幾個(gè)超大型激光系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)將質(zhì)子加速到100兆電子伏特的能量水平。

研究負(fù)責(zé)人蒂姆·齊格勒表示，為了使用更小激光設(shè)備以及更短脈沖實(shí)現(xiàn)類似高加速器能量，他們利用了激光閃光這一特性，即一小部分激光就像“搶跑”一樣，在特制的塑料箔內(nèi)觸發(fā)一系列復(fù)雜的加速機(jī)制。這極大地提升了名為DRACO的激光器的質(zhì)子加速能量。

研究結(jié)果顯示，DRACO激光器此前的質(zhì)子加速能量紀(jì)錄約為80兆電子伏特，現(xiàn)在能達(dá)到150兆電子伏特，幾乎是原來(lái)的兩倍。而且，加速的粒子束展現(xiàn)出高能且勻速運(yùn)動(dòng)的卓越特性。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這一突破有望使小型激光等離子體加速器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，特別是在精準(zhǔn)腫瘤治療方案方面。目前醫(yī)生們主要依賴大型治療加速器開(kāi)展此類研究�，F(xiàn)有的大型加速器耗電量巨大，而激光等離子體加速器可能更經(jīng)濟(jì)。激光閃光也可用來(lái)產(chǎn)生短而強(qiáng)的中子脈沖，這對(duì)科技發(fā)展以及材料分析都具有重要意義。

齊格勒表示，他們希望與其他實(shí)驗(yàn)室合作，更精確地控制加速，未來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)超過(guò)200兆電子伏特的質(zhì)子加速能量。

相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2024-05-smaller-laser-facility-method-exceed.html

論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41567-024-02505-0