Protonbjælker med Giga-Electron-Volt (GEV) -energier-som kun antages at være opnåelige med massive partikelacceleratorer-kan snart genereres i kompakte opsætninger takket være et gennembrud af forskere ved University of Osaka.
Et team ledet af professor Masakatsu Murakami har udviklet et nyt koncept kaldet Micronozzle Acceleration (MNA). Ved at designe en mikrotarget med små dyselignende funktioner og bestråle den med ultraintense, ultrashort laserpulser, demonstrerede teamet med succes-gennem avancerede numeriske simuleringer-generationen af høj kvalitet, GEV-klasse protonbjælker: en verdens første præstation.
Artiklen, “Generering af giga-elektron-volt protonbjælker ved mikronozzzle-acceleration,” blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter.
I modsætning til traditionelle laserbaserede accelerationsmetoder, der bruger flade mål og når energibegrænsninger under 100 mega-elektron-volt (MEV), muliggør mikronzzzle-strukturen vedvarende, trinvis acceleration af protoner inden for et kraftfuldt kvasi-statisk elektrisk felt skabt inde i målet. Denne nye mekanisme giver protonenergier mulighed for at overstige 1 GEV med fremragende strålekvalitet og stabilitet.
“Denne opdagelse åbner en ny dør for kompakt, højeffektiv partikelacceleration,” siger professor Murakami. “Vi mener, at denne metode har potentialet til at revolutionere felter som laserfusionsenergi, avanceret strålebehandling og endda astrofysik i laboratoriet.”
Konsekvenserne er vidtrækkende:
- Energi: Understøtter hurtige antændelsesordninger i laserdrevet nuklear fusion.
- Medicin: muliggør mere kompakte og præcise systemer til protonkræftterapi.
- Grundlæggende videnskab: skaber forhold til at simulere ekstreme astrofysiske miljøer og sonde under ultra-stærke magnetfelter.
Undersøgelsen, der er baseret på simuleringer udført på Squid Supercomputer på University of Osaka, markerer den første teoretiske demonstration nogensinde af kompakt GEV-protonacceleration ved hjælp af mikrostrukturerede mål.