Forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf i Tyskland har gjort betydande framsteg i laserplasmaacceleration. Med hjälp av en innovativ metod ökade de framgångsrikt protonenergin från cirka 80 MeV till 150 MeV. Denna prestation överträffade avsevärt det tidigare rekordet för protonacceleration, vilket gjorde det möjligt för små laserenheter att uppnå energinivåer som hittills bara varit tillgängliga i större anläggningar. Den senaste forskningen förväntas främja utvecklingen av medicin och materialvetenskap. Den relevanta artikeln publicerades i tidskriften Nature Physics den 13:e.
Jämfört med traditionella acceleratorer är laserplasmaacceleratorer inte beroende av kraftfulla radiovågor för att driva partiklar, utan använder lasrar för att accelerera partiklar. Denna teknik befinner sig dock för närvarande på forskningsstadiet och endast ett fåtal ultrastora lasersystem i världen kan accelerera protoner till en energinivå på 100 megaelektronvolt.
Tim Ziegler, chefen för forskningen, sa att för att uppnå liknande höga acceleratorenergier med hjälp av mindre laserutrustning och kortare pulser, utnyttjade de egenskaperna hos laserblixtar, det vill säga en liten del av lasern är som en " förebyggande körning", utlöser en serie komplexa accelerationsmekanismer i en speciell plastfolie. Detta förbättrar kraftigt protonaccelerationsenergin hos lasern som kallas DRACO.
Resultaten visar att det tidigare rekordet av protonaccelerationsenergi för DRACO-lasern var cirka 80 mega-elektronvolt, och nu kan den nå 150 mega-elektronvolt, nästan dubbelt så mycket som originalet. Dessutom uppvisar den accelererade partikelstrålen de utmärkta egenskaperna med hög energi och jämn rörelse.
Forskargruppen tror att detta genombrott förväntas göra det möjligt för små laserplasmaacceleratorer att spela en viktig roll inom det medicinska området, särskilt i tumörbehandlingsprogram med precision. För närvarande är läkare huvudsakligen beroende av stora terapeutiska acceleratorer för att utföra sådan forskning. Befintliga stora acceleratorer förbrukar mycket elektricitet, medan laserplasmaacceleratorer kan vara mer ekonomiska. Laserblixtar kan också användas för att producera korta och intensiva neutronpulser, som har stor betydelse för vetenskaplig och teknisk utveckling och materialanalys.
Ziegler sa att de hoppas kunna samarbeta med andra laboratorier för att kontrollera accelerationen mer exakt och uppnå protonaccelerationsenergi på mer än 200 megaelektronvolt i framtiden.
