碰撞激光質子束的雙能量

來自查爾莫斯理工大學和瑞典哥德堡大學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生的質子束能量翻倍。這一突破可能會帶來更緊湊、更便宜的設備，可用于許多應用，包括質子治療。

質子治療包括在癌性腫瘤中發(fā)射加速質子束，并通過輻射殺死它們。但是所需的設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備的尺寸和成本，因為它們可以在比傳統(tǒng)加速器更短的距離內加速粒子——將距離從幾公里縮短到幾米。問題是，盡管世界各地的研究人員做出了努力，但目前激光產生的質子束能量不夠。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——這是一個巨大的飛躍。

標準方法包括在薄金屬箔上發(fā)射激光脈沖，它們相互作用產生一束高電荷質子。新方法包括首先將激光分成兩個強度較低的脈沖，然后從兩個不同的角度同時在箔片上發(fā)射。當兩個脈沖在箔片上碰撞時，產生的電磁場非常有效地加熱箔片。這種技術產生能量更高的質子，并使用與標準方法相同的初始激光能量。

“這比我們希望的要好。目的是達到今天質子治療實際使用的能量水平。查爾莫斯物理系的研究人員朱利安費里(Julien Ferri)說，他是這項發(fā)現(xiàn)的科學家之一。

質子治療的獨特優(yōu)勢在于它可以精確定位癌細胞，并在不傷害附近健康細胞或器官的情況下殺死它們。因此，這種方法對于治療位于大腦或脊柱的深部腫瘤非常重要。質子束能量更高，可以進一步進入體內對抗癌細胞。

盡管研究人員在質子束能量加倍方面的成就代表了一項重大突破，但最終目標仍有很長的路要走。

“我們需要達到目前能量水平的10倍才能真正滲透到人體內。我的目標之一是幫助更多的人獲得質子治療。也許在未來30年內會是這樣，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。

加速質子不僅對癌癥治療有意義。它們可以用來研究和分析不同的物質，減少放射性物質的危害。它們對航空航天工業(yè)也很重要。高能質子構成了宇宙輻射的很大一部分，它將摧毀衛(wèi)星和其他空間設備。在實驗室中產生高能質子使研究人員能夠研究這種損傷是如何發(fā)生的，并開發(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里(Julian Ferri)和圖恩代夫勒普(Tundefl p)與他們的同事哥德堡大學的伊萬格洛斯西米諾斯(Evangelos Siminos)一起使用數(shù)值模擬來證明這種方法的可行性。他們的下一步是與隆德大學合作進行實驗。

“我們現(xiàn)在正在尋找?guī)追N方法來進一步提高質子束的能級。想象一下，在地球上特定的時間，將所有的陽光聚焦在一粒沙子上——這仍然小于激光束的強度，我們正在努力。挑戰(zhàn)在于為質子提供更多的激光能量?！眘aid tndefl p。

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