Wetenschappers van het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf in Duitsland hebben aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van laserplasmaversnelling. Met behulp van een innovatieve methode hebben ze de protonenergie met succes verhoogd van ongeveer 80 MeV naar 150 MeV. Deze prestatie overtrof het vorige protonversnellingsrecord aanzienlijk, waardoor kleine laserapparaten energieniveaus konden bereiken die tot nu toe alleen beschikbaar waren in grotere faciliteiten. Het nieuwste onderzoek zal naar verwachting de ontwikkeling van medicijnen en materiaalkunde bevorderen. Het relevante artikel werd op 13 gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics.
Vergeleken met traditionele versnellers, vertrouwen laserplasmaversnellers niet op krachtige radiogolven om deeltjes aan te drijven, maar gebruiken ze lasers om deeltjes te versnellen. Deze technologie bevindt zich echter nog in de onderzoeksfase en slechts een paar ultragrote lasersystemen ter wereld kunnen protonen versnellen tot een energieniveau van 100 mega-elektronvolt.
Tim Ziegler, hoofd van het onderzoek, zei dat ze, om vergelijkbare hoge versnellerenergieën te bereiken met kleinere laserapparatuur en kortere pulsen, gebruik maakten van de eigenschappen van laserflitsen, dat wil zeggen dat een klein deel van de laser als een "preëmptieve run" is, die een reeks complexe versnellingsmechanismen in een speciale plastic folie activeert. Dit verbetert de protonversnellingsenergie van de laser genaamd DRACO aanzienlijk.
De resultaten tonen aan dat het vorige record van protonversnellingsenergie van de DRACO-laser ongeveer 80 mega-elektronvolt was, en nu kan het 150 mega-elektronvolt bereiken, bijna twee keer het origineel. Bovendien vertoont de versnelde deeltjesbundel de uitstekende eigenschappen van hoge energie en uniforme beweging.
Het onderzoeksteam gelooft dat deze doorbraak naar verwachting kleine laserplasmaversnellers in staat zal stellen een belangrijke rol te spelen in het medische veld, met name in precisietumorbehandelingsprogramma's. Momenteel vertrouwen artsen voornamelijk op grote therapeutische versnellers om dergelijk onderzoek uit te voeren. Bestaande grote versnellers verbruiken veel elektriciteit, terwijl laserplasmaversnellers mogelijk zuiniger zijn. Laserflitsen kunnen ook worden gebruikt om korte en intense neutronenpulsen te produceren, die van groot belang zijn voor wetenschappelijke en technologische ontwikkeling en materiaalanalyse.
Ziegler zei dat ze hopen samen te werken met andere laboratoria om de versnelling nauwkeuriger te kunnen regelen en in de toekomst een protonversnellingsenergie van meer dan 200 mega-elektronvolt te bereiken.
