Лазерное ускорение частиц - это развивающаяся область физики, которая, как ожидается, в будущем позволит добиться значительных успехов в современной лучевой терапии рака. Никогда еще лазер не был способен разогнать протоны до таких высоких энергий, как это удалось сделать международной группе физиков.
{1r}Была достигнута энергия излучения около 67 мегаэлектронвольт (МэВ). Электронвольт - это кинетическая энергия, которую приобретает частица при ускорении с напряжением в один вольт. Излучение в этом диапазоне энергий необходимо, например, для лечения рака глаза.
Интенсивный лазерный свет, падающий на материю, способен ускорять частицы на микроскопические расстояния до энергий, которые в противном случае возможны только на больших ускорителях. Физики всего мира исследуют принцип лазерного ускорения частиц, чтобы генерировать излучение частиц для будущего использования в лечении рака, среди прочего.
Мировой рекорд по лазерному ускорению частиц
Профессор Томас Коуэн из Института радиационной физики в Исследовательском центре Дрезден-Россендорф (FZD) является одним из первых ученых, которые провели исследования лазерного ускорения протонов. Текущие рекордные измерения являются результатом экспериментов Сандрин Гайяр в рамках ее докторской диссертации, которую курирует Коуэн. Они были созданы совместно с учеными из FZD, Национальной лаборатории Сандия, Университета Невады, Рино и Университета Миссури, Колумбия, в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико, США.
Новый мировой рекорд по лазерному ускорению частиц во многом зависит от мишеней особой формы, то есть поверхностей мишеней. Ученые обстреляли тонкие фольги сверхкороткими лазерными импульсами длительностью около 600 фемтосекунд (одна фемтосекунда соответствует одной квадриллионной доли секунды) и мощностью около 80 джоулей, из которых выступают конусообразные структуры, кончик которых, в свою очередь, покрыт тончайшая фольга. Поверхности модифицированы с использованием нанотехнологий.
Когда интенсивный лазерный луч попадает внутрь этих похожих на наковальню микроструктур, электроны вырываются из материала. В отличие от гладких поверхностей, микроструктуры действуют как ловушка для электронов и захватывают электроны. В создаваемом электрическом поле протоны могут ускоряться до более высоких энергий, чем это было возможно ранее.
Измерить плотность протонного пучка
Ученые использовали рентгеновские лучи, чтобы выяснить и составить карту взаимодействий между лазерным лучом и микроструктурами. Более подробные исследования все еще ожидаются, но компьютерное моделирование, проведенное докторантом FZD Томасом Клюге, уже хорошо описывает новые данные и, таким образом, позволяет глубже понять теоретические процессы.
Далее исследователи хотят измерить плотность протонного пучка - в дополнение к энергии, необходимой предпосылке для медицинских приложений.
Запись измерений будет на «6. Международная конференция по термоядерным наукам и приложениям, которая состоится 6-11 сентября 2009 г. в Сан-Франциско, США.