At nå nye højder inden for laseraccelereret ionenergi

Et laserdrevet ionaccelerationsskema, udviklet i forskning ledet ved University of Strathclyde, kunne føre til kompakte ionkilder til etablerede og innovative anvendelser inden for videnskab, medicin og industri.

Accelerationen af ​​protoner til energier i 100 mega-elektronvolt-området blev opnået ved at ophidse et hybrid-ionaccelerationsskema i et ultratyndt foliemål bestrålet af en intens laserpuls.

Resultaterne af forskningen kan have vigtige konsekvenser for fremskridt i mindre, billigere, laserdrevne ionacceleratorer og deres mange potentielle anvendelsesmuligheder. Undersøgelsen er blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Professor Paul McKenna, fra Strathclydes Institut for Fysik, leder projektet. Han sagde:"Laserdrevne acceleratorer har transformativt potentiale, på grund af deres kompakte natur og de unikke egenskaber ved de producerede partikler og stråling.

"En række af de lovende anvendelser af laseraccelererede ioner kræver, at ionenergierne øges. Vores demonstration af højenergi-ionacceleration drevet af en hybrid accelerationsmekanisme åbner op for en potentiel ny vej til at forbedre og kontrollere laserdrevne ionkilder."

Partikelacceleratorer har haft en dyb indvirkning på videnskaben og samfundet. De er grundlaget for innovative tilgange til kræftbehandling, er uvurderlige værktøjer inden for materialevidenskab og biologi, og er drivere for højenergifysikeksperimenter, såsom dem, der bekræftede eksistensen af ​​Higgs-bosonen. Ladede partikler accelereres konventionelt i elektriske felter, der produceres i radiofrekvente hulrum. Feltstyrken er begrænset af elektrisk nedbrud, hvilket betyder, at der kræves store strukturer for at accelerere partikler til høje energier.

I løbet af det seneste årti, højeffektlasere er dukket op som en ny drivkraft for potentielt kompakte kilder til højenergielektroner og ioner. Fokusering af laserlyset til plasma producerer ekstremt høje elektriske felter, og dermed sker partikelaccelerationen over en kort længde - typisk, omkring 1000 gange kortere end en radiofrekvent hulrumsaccelerator for den samme partikelenergi.

Professor McKenna sagde:"En af hovedudfordringerne ved at accelerere ioner ved hjælp af intense lasere er, at de ultrahurtige processer, der finder sted over den korte varighed af laserpulsen, kan gøre det vanskeligt at optimere en individuel accelerationsmekanisme. som vist i vores forskning, dette kan også give plads til udviklingen af ​​hybride ordninger, der involverer to eller flere accelerationsmekanismer, som kan muliggøre yderligere grader af kontrol på de endelige ionstråleegenskaber."