碰撞激光质子束的双能量

来自查尔莫斯理工大学和瑞典哥德堡大学的研究人员提出了一种新方法，可以使基于激光的粒子加速器产生的质子束能量翻倍。这一突破可能会带来更紧凑、更便宜的设备，可用于许多应用，包括质子治疗。

质子治疗包括在癌性肿瘤中发射加速质子束，并通过辐射杀死它们。但是所需的设备是如此巨大和昂贵，以至于它只存在于世界的一些地方。

现代高功率激光器有潜力降低设备的尺寸和成本，因为它们可以在比传统加速器更短的距离内加速粒子——将距离从几公里缩短到几米。问题是，尽管世界各地的研究人员做出了努力，但目前激光产生的质子束能量不够。但是现在，瑞典研究人员提出了一种新方法，可以使能量翻倍——这是一个巨大的飞跃。

标准方法包括在薄金属箔上发射激光脉冲，它们相互作用产生一束高电荷质子。新方法包括首先将激光分成两个强度较低的脉冲，然后从两个不同的角度同时在箔片上发射。当两个脉冲在箔片上碰撞时，产生的电磁场非常有效地加热箔片。这种技术产生能量更高的质子，并使用与标准方法相同的初始激光能量。

“这比我们希望的要好。目的是达到今天质子治疗实际使用的能量水平。查尔莫斯物理系的研究人员朱利安费里(Julien Ferri)说，他是这项发现的科学家之一。

质子治疗的独特优势在于它可以精确定位癌细胞，并在不伤害附近健康细胞或器官的情况下杀死它们。因此，这种方法对于治疗位于大脑或脊柱的深部肿瘤非常重要。质子束能量更高，可以进一步进入体内对抗癌细胞。

尽管研究人员在质子束能量加倍方面的成就代表了一项重大突破，但最终目标仍有很长的路要走。

“我们需要达到目前能量水平的10倍才能真正渗透到人体内。我的目标之一是帮助更多的人获得质子治疗。也许在未来30年内会是这样，但向前迈出的每一步都非常重要，”查尔莫斯物理系教授tndefLP说。

加速质子不仅对癌症治疗有意义。它们可以用来研究和分析不同的物质，减少放射性物质的危害。它们对航空航天工业也很重要。高能质子构成了宇宙辐射的很大一部分，它将摧毁卫星和其他空间设备。在实验室中产生高能质子使研究人员能够研究这种损伤是如何发生的，并开发出能够更好地承受太空旅行压力的新材料。

查尔莫斯的研究人员朱利安费里(Julian Ferri)和图恩代夫勒普(Tundefl p)与他们的同事哥德堡大学的伊万格洛斯西米诺斯(Evangelos Siminos)一起使用数值模拟来证明这种方法的可行性。他们的下一步是与隆德大学合作进行实验。

“我们现在正在寻找几种方法来进一步提高质子束的能级。想象一下，在地球上特定的时间，将所有的阳光聚焦在一粒沙子上——这仍然小于激光束的强度，我们正在努力。挑战在于为质子提供更多的激光能量。”said tndefl p。

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