来自瑞典查尔姆斯理工大学和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的能量加倍。这一突破可能会导致更紧凑，更便宜的设备，这些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一束加速质子，通过照射杀死它们。但是所需的设备非常庞大且昂贵，以至于它只存在于全球的一些地方。
现代高功率激光器具有降低设备尺寸和成本的潜力，因为它们可以在比传统加速器更短的距离内加速粒子 - 减少从公里到米的距离。问题是，尽管世界各地的研究人员付出了努力，激光产生的质子束目前还不够精力充沛。但现在，瑞典研究人员提出了一种新方法，它可以使能量翻倍- 这是一次重大飞跃。
标准方法包括在薄金属箔上发射激光脉冲，相互作用产生一束高度带电的质子。新方法涉及首先将激光分成两个不太强烈的脉冲，然后同时从两个不同的角度在箔上发射。当两个脉冲在箔片上碰撞时，所产生的电磁场非常有效地加热箔片。该技术产生更高能量的质子，同时使用与标准方法相同的初始激光能量。
“这比我们所希望的更好。目的是达到今天质子治疗中实际使用的能量水平。未来可能会建造更紧凑的设备，仅为现有尺寸的十分之一，因此，正常的医院能够为他们的患者提供质子治疗，“Chalmers物理系的研究员Julien Ferri说，他是该发现背后的科学家之一。
质子治疗的独特优势在于其精确定位癌细胞，杀死它们而不会伤害附近的健康细胞或器官。因此，该方法对于治疗位于大脑或脊柱中的深部肿瘤是至关重要的。质子束具有更高的能量，它可以进一步进入体内以对抗癌细胞。
虽然研究人员在质子束能量加倍方面取得的成就代表了一个重大突破，但最终目标还有很长的路要走。
“我们需要达到当前能量水平的10倍才能真正深入人体。我的目标之一是帮助更多人获得质子治疗。也许这将在未来30年，但前进的每一步都是很重要，“Chalmers物理系教授TündeFülöp说。
加速质子不仅对癌症治疗很有意义。它们可用于研究和分析不同的材料，并使放射性物质的危害降低。它们对航天工业也很重要。高能质子构成了宇宙辐射的很大一部分，它会破坏卫星和其他太空设备。在实验室中生产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。
Chalmers研究人员Julian Ferri和TündeFülöp与哥德堡大学的研究同事Evangelos Siminos一起使用数值模拟来证明该方法的可行性。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量水平。想象一下，将所有阳光照射到地球上的特定时刻聚焦在一粒沙子上 - 这仍然小于激光束的强度我们正在努力。挑战是为质子提供更多的激光能量。“ TündeFülöp说。