Ученые из исследовательского центра Россендорфа в Гельмгольце, Дрезден, Германия, достигли значительного прогресса в ускорении лазерной плазмы. Используя инновационный метод, им удалось увеличить энергию протонов примерно с 80 до 150 мегаэлектронвольт. Этот результат значительно превосходит предыдущий рекорд ускорения протонов и позволяет малым лазерным устройствам впервые достичь уровней энергии, которые до сих пор были доступны только в гораздо более крупных установках. Ожидается, что последние исследования будут способствовать развитию медицины и материаловедения. Статья опубликована в 13-м выпуске Nature Physics.
Новый метод значительно увеличивает энергию ускорения протонов с помощью лазерных импульсов (художественное изображение). Источник изображения: Исследовательский центр имени Гельмгольца Розена в Дрездене, Германия
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 в мире существует лишь несколько очень больших лазерных систем, которые могут разгонять протоны до уровня энергии 100 МэВ.
Руководитель исследования Тим Циглер сказал, что для достижения подобных высоких энергий ускорителя с использованием меньших лазерных устройств и более коротких импульсов они воспользовались характеристиками лазерных вспышек, то есть небольшая часть лазера действует как «пусковой механизм» в момент запуска серии сложных механизмов ускорения внутри специальной пластиковой фольги. Это значительно увеличивает энергию ускорения протонов лазера под названием DRACO.
Результаты исследований показывают, что предыдущий рекорд энергии ускорения протонов лазера DRACO составлял около 80 МэВ, а теперь он может достигать 150 МэВ, что почти вдвое больше первоначального. Более того, ускоренный пучок частиц демонстрирует замечательные 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 крупномасштабные ускорители потребляют огромное количество энергии, а лазерные плазменные ускорители могут быть более экономичными. Лазерные вспышки также могут использоваться для генерации коротких и интенсивных нейтронных импульсов, которые имеют большое значение для научно-технического развития и анализа материалов.
