Ученые из Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf в Германии добились значительного прогресса в ускорении лазерной плазмы. Используя инновационный метод, они успешно увеличили энергию протонов примерно с 80 МэВ до 150 МэВ. Это достижение значительно превзошло предыдущий рекорд ускорения протонов, позволив небольшим лазерным устройствам достигать уровней энергии, которые до сих пор были доступны только в более крупных установках. Ожидается, что последние исследования будут способствовать развитию медицины и материаловедения. Соответствующая статья была опубликована в журнале Nature Physics 13-го числа.
По сравнению с традиционными ускорителями, лазерно-плазменные ускорители не полагаются на мощные радиоволны для разгона частиц, а используют лазеры для ускорения частиц. Однако эта технология в настоящее время находится на стадии исследований, и только несколько сверхбольших лазерных систем в мире могут разгонять протоны до уровня энергии в 100 мегаэлектронвольт.
Тим Циглер, руководитель исследования, сказал, что для достижения подобных высоких энергий ускорителя с использованием меньшего лазерного оборудования и более коротких импульсов они воспользовались характеристиками лазерных вспышек, то есть небольшая часть лазера действует как «упреждающий запуск», запуская ряд сложных механизмов ускорения в специальной пластиковой фольге. Это значительно улучшает энергию ускорения протонов лазера под названием DRACO.
Результаты показывают, что предыдущий рекорд энергии ускорения протонов лазера DRACO составлял около 80 мегаэлектронвольт, а теперь он может достигать 150 мегаэлектронвольт, что почти вдвое больше первоначального. Более того, ускоренный пучок частиц демонстрирует превосходные характеристики высокой энергии и равномерного движения.
Исследовательская группа полагает, что этот прорыв, как ожидается, позволит малым лазерным плазменным ускорителям играть важную роль в медицинской сфере, особенно в программах точного лечения опухолей. В настоящее время врачи в основном полагаются на большие терапевтические ускорители для проведения таких исследований. Существующие большие ускорители потребляют много электроэнергии, в то время как лазерные плазменные ускорители могут быть более экономичными. Лазерные вспышки также могут использоваться для получения коротких и интенсивных нейтронных импульсов, которые имеют большое значение для научно-технического развития и анализа материалов.
Циглер сказал, что они надеются сотрудничать с другими лабораториями, чтобы точнее контролировать ускорение и достичь в будущем энергии ускорения протонов более 200 мегаэлектронвольт.
