SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家在激光等離子加速器(LPA)技術(shù)領(lǐng)域取得了重要的里程碑。他們利用簡單的水流能量成功產(chǎn)生了快速、明亮的質(zhì)子束，這一突破解決了長期存在的挑戰(zhàn)，使LPA技術(shù)更接近實(shí)際應(yīng)用。

SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室高能密度科學(xué)部主任Siegfried Glenzer表示，這些令人興奮的結(jié)果為相對論高功率激光器在醫(yī)學(xué)、加速器研究和慣性聚變領(lǐng)域的新應(yīng)用鋪平了道路。

傳統(tǒng)粒子加速器，如同步加速器，使用電磁鐵來產(chǎn)生光束，但龐大的尺寸限制了它們的應(yīng)用。LPA提供了一種緊湊且經(jīng)濟(jì)高效的替代方案，然而，高強(qiáng)度激光會摧毀目標(biāo)，每次射擊都需要新目標(biāo)，同時(shí)LPA產(chǎn)生的質(zhì)子束通常像泛光燈一樣散開，難以保持狹窄焦點(diǎn)。

此次突破通過使用細(xì)水流代替固體靶材來解決這些問題。研究團(tuán)隊(duì)引入了一層薄薄的水膜，每次射擊后都會補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)自我再生。這種水流不僅消除了更換靶材的需要，還意外增強(qiáng)了質(zhì)子束的特性。當(dāng)激光照射到水面上時(shí)，蒸發(fā)的水形成蒸汽云與質(zhì)子束相互作用，產(chǎn)生磁場，從而自然聚焦光束，使質(zhì)子束更亮、排列更緊密。

與使用固體靶的實(shí)驗(yàn)相比，水片將光束發(fā)散度降低了一個(gè)數(shù)量級，并將效率提高了一百倍。質(zhì)子束表現(xiàn)出非凡的穩(wěn)定性，在數(shù)百次激光發(fā)射中始終以每秒五個(gè)脈沖的速度運(yùn)行。此外，每次發(fā)射的射線束釋放的劑量相當(dāng)于質(zhì)子療法中使用的標(biāo)準(zhǔn)輻射劑量40格雷，這是之前LPA在重復(fù)率下從未實(shí)現(xiàn)過的壯舉。

Siegfried Glenzer總結(jié)道：“這項(xiàng)工作改變了整個(gè)范式，我們不再完全依賴模擬，現(xiàn)在可以從實(shí)驗(yàn)的角度推動物理，測試不同的激光強(qiáng)度、目標(biāo)密度和環(huán)境壓力。”