新激光技术使质子加速翻倍

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与传统加速器相比，激光等离子体加速有望实现更紧凑、更节能的设施，因为新技术采用激光而不是强无线电波来加速粒子。这带来了一些令人兴奋的新观点。

这个想法是在极薄的箔片上发射极其短暂的高强度激光脉冲。光将材料加热到大量电子逸出的程度，使原子核留在原处。

由于电子带负电荷和原子核带正电荷，它们之间短暂地产生强大的电场。该场可以将质子脉冲推进仅仅微米级的能量，而使用传统加速器技术通常需要更长的距离。

然而，这项技术仍处于早期研究阶段。迄今为止，只有非常大的激光系统(世界上很少有)被用来产生高达 100 MeV 的质子能量。Karl Zeil 和 Tim Ziegler 是两位 HZDR 物理学家，他们采取了不同的途径，使用更短的脉冲和更小的激光设施获得相对较高的加速器能量。它们利用了通常被视为缺陷的激光闪光特性。

这种向前冲的光线是新想法中的一个主要元素。它可以通过以下方式改变真空室中精心制作的塑料箔：齐格勒解释道，“箔在光的影响下膨胀，变得越来越热、越来越薄，箔在加热过程中有效地融化。”

这对立即发生的初级脉冲有着有利的影响。箔片不是主要反射光，而是突然变为透明，使初级脉冲能够比早期测试中更深入地进入材料。

该设施现在可以产生几乎是早期两倍的质子能量(150兆电子伏特)。为了创下这一纪录，该小组必须进行几次测试，以接近理想的相互作用参数，例如理想的薄膜厚度。

当研究小组分析测量数据时，他们发现了加速粒子束的另一个令人愉快的特性。高能质子表现出窄的能量分布，这意味着它们的速度大致相等。这对以后的应用是一个有用的特征，对这些应用来说，高、均匀的质子能量是非常有益的。

其中一个用途是研究准确、无创的肿瘤治疗的新放射生物学思想。这种技术在相对较短的时间内应用极高的辐射剂量。到目前为止，这些研究所使用的主要工具是大规模的常规治疗加速器，这些加速器只能在德国的少数几个中心使用，自然会优先用于患者治疗。

由于新的HZDR方法，现在更可能采用微型激光系统。这种方法还允许其他研究组织访问这些研究，并提供传统系统无法提供的辐射场景。

齐格勒说：“此外，今天的设施需要大量的电力，基于激光等离子体加速，它们可能更经济。”

使用相同的工艺可以有效地生产中子。激光闪光可以产生短而强大的中子脉冲，在材料研究、研究和技术中有应用。

此外，等离子体加速器有可能大大拓宽先前确定的使用领域。不过，专家们的首要目标是改进和理解这项新技术。他们希望与其他实验室合作，以提高过程控制和可访问性等。此外，还计划进行更多的记录，超过200兆电子伏的能量似乎相当可行。

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