Naukowcy z Rossendorf Research Center w Helmholtz Dresden w Niemczech poczynili znaczne postępy w dziedzinie laserowego przyspieszania plazmy. Stosując innowacyjną metodę, udało im się zwiększyć energię protonów z około 80 do 150 megaelektronowoltów. Wynik ten znacznie przewyższa poprzedni rekord w przyspieszaniu protonów i umożliwia małym urządzeniom laserowym osiągnięcie, po raz pierwszy, poziomów energii, które dotychczas były dostępne tylko w znacznie większych obiektach. Oczekuje się, że najnowsze badania przyczynią się do rozwoju medycyny i nauki o materiałach. Artykuł opublikowano w 13. numerze Nature Physics.
Nowa metoda znacznie zwiększa energię przyspieszenia protonów za pomocą impulsów laserowych (obraz artystyczny). Źródło obrazu: Helmholtz Rosen Research Center Dresden, Niemcy
W porównaniu z tradycyjnymi akceleratorami, laserowe akceleratory plazmowe nie polegają na silnych falach radiowych do napędzania cząstek, ale wykorzystują lasery do przyspieszania cząstek. Jednak ta technologia jest obecnie w fazie badań i na świecie istnieje tylko kilka bardzo dużych systemów laserowych, które mogą przyspieszać protony do poziomu energii 100 MeV.
Lider badań Tim Ziegler powiedział, że aby osiągnąć podobnie wysokie energie akceleratora przy użyciu mniejszych urządzeń laserowych i krótszych impulsów, wykorzystali oni właściwości błysków laserowych, tzn. mała część lasera działa jak „skok startowy” w specjalnej folii plastikowej. W ten sposób uruchamia się szereg złożonych mechanizmów przyspieszających. To znacznie zwiększa energię przyspieszania protonów lasera o nazwie DRACO.
Wyniki badań pokazują, że poprzedni rekord energii przyspieszenia protonów lasera DRACO wynosił około 80 MeV, a teraz może osiągnąć 150 MeV, prawie dwa razy więcej niż pierwotnie. Co więcej, przyspieszona wiązka cząstek wykazuje niezwykłe cechy wysokiej energii i ruchu jednorodnego.
Zespół badawczy uważa, że przełom ten ma umożliwić małym akceleratorom plazmy laserowej odegranie ważnej roli w medycynie, zwłaszcza w programach precyzyjnego leczenia nowotworów. Lekarze obecnie polegają głównie na dużych akceleratorach terapeutycznych, aby prowadzić takie badania. Istniejące akceleratory wielkoskalowe zużywają ogromne ilości energii, a akceleratory plazmy laserowej mogą być bardziej ekonomiczne. Błyski laserowe można również wykorzystać do generowania krótkich i intensywnych impulsów neutronów, które mają ogromne znaczenie dla rozwoju naukowego i technologicznego oraz analizy materiałów.
