碰撞激光質(zhì)子束的雙能量

來(lái)自查爾莫斯理工大學(xué)和瑞典哥德堡大學(xué)的研究人員提出了一種新方法，可以使基于激光的粒子加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束能量翻倍。這一突破可能會(huì)帶來(lái)更緊湊、更便宜的設(shè)備，可用于許多應(yīng)用，包括質(zhì)子治療。

質(zhì)子治療包括在癌性腫瘤中發(fā)射加速質(zhì)子束，并通過(guò)輻射殺死它們。但是所需的設(shè)備是如此巨大和昂貴，以至于它只存在于世界的一些地方。

現(xiàn)代高功率激光器有潛力降低設(shè)備的尺寸和成本，因?yàn)樗鼈兛梢栽诒葌鹘y(tǒng)加速器更短的距離內(nèi)加速粒子——將距離從幾公里縮短到幾米。問(wèn)題是，盡管世界各地的研究人員做出了努力，但目前激光產(chǎn)生的質(zhì)子束能量不夠。但是現(xiàn)在，瑞典研究人員提出了一種新方法，可以使能量翻倍——這是一個(gè)巨大的飛躍。

標(biāo)準(zhǔn)方法包括在薄金屬箔上發(fā)射激光脈沖，它們相互作用產(chǎn)生一束高電荷質(zhì)子。新方法包括首先將激光分成兩個(gè)強(qiáng)度較低的脈沖，然后從兩個(gè)不同的角度同時(shí)在箔片上發(fā)射。當(dāng)兩個(gè)脈沖在箔片上碰撞時(shí)，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)非常有效地加熱箔片。這種技術(shù)產(chǎn)生能量更高的質(zhì)子，并使用與標(biāo)準(zhǔn)方法相同的初始激光能量。

“這比我們希望的要好。目的是達(dá)到今天質(zhì)子治療實(shí)際使用的能量水平。查爾莫斯物理系的研究人員朱利安費(fèi)里(Julien Ferri)說(shuō)，他是這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家之一。

質(zhì)子治療的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于它可以精確定位癌細(xì)胞，并在不傷害附近健康細(xì)胞或器官的情況下殺死它們。因此，這種方法對(duì)于治療位于大腦或脊柱的深部腫瘤非常重要。質(zhì)子束能量更高，可以進(jìn)一步進(jìn)入體內(nèi)對(duì)抗癌細(xì)胞。

盡管研究人員在質(zhì)子束能量加倍方面的成就代表了一項(xiàng)重大突破，但最終目標(biāo)仍有很長(zhǎng)的路要走。

“我們需要達(dá)到目前能量水平的10倍才能真正滲透到人體內(nèi)。我的目標(biāo)之一是幫助更多的人獲得質(zhì)子治療。也許在未來(lái)30年內(nèi)會(huì)是這樣，但向前邁出的每一步都非常重要，”查爾莫斯物理系教授tndefLP說(shuō)。

加速質(zhì)子不僅對(duì)癌癥治療有意義。它們可以用來(lái)研究和分析不同的物質(zhì)，減少放射性物質(zhì)的危害。它們對(duì)航空航天工業(yè)也很重要。高能質(zhì)子構(gòu)成了宇宙輻射的很大一部分，它將摧毀衛(wèi)星和其他空間設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生高能質(zhì)子使研究人員能夠研究這種損傷是如何發(fā)生的，并開(kāi)發(fā)出能夠更好地承受太空旅行壓力的新材料。

查爾莫斯的研究人員朱利安費(fèi)里(Julian Ferri)和圖恩代夫勒普(Tundefl p)與他們的同事哥德堡大學(xué)的伊萬(wàn)格洛斯西米諾斯(Evangelos Siminos)一起使用數(shù)值模擬來(lái)證明這種方法的可行性。他們的下一步是與隆德大學(xué)合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

“我們現(xiàn)在正在尋找?guī)追N方法來(lái)進(jìn)一步提高質(zhì)子束的能級(jí)。想象一下，在地球上特定的時(shí)間，將所有的陽(yáng)光聚焦在一粒沙子上——這仍然小于激光束的強(qiáng)度，我們正在努力。挑戰(zhàn)在于為質(zhì)子提供更多的激光能量。”said tndefl p。

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