В престижном научном журнале Nature Communications опубликованы результаты исследования, которое может полностью изменить подход к генерации протонных пучков. Ученые разработали инновационный метод получения быстрых и ярких протонных пучков с использованием лазерно-плазменного ускорителя (ЛПУ) с высокой частотой повторения.
Основным нововведением стала замена традиционной твердой мишени на тонкую водяную пленку. Эксперимент, проведенный в Центральной лазерной установке Лаборатории Резерфорда Эпплтона STFC, показал неожиданные результаты. Испаряющаяся вода образовывала облако пара, которое, взаимодействуя с протонным пучком, создавало магнитные поля, естественным образом фокусирующие луч.
По сравнению с экспериментами на твердых мишенях, расходимость протонного пучка уменьшилась на порядок, а эффективность возросла в 100 раз. Система стабильно работала с частотой пять импульсов в секунду на протяжении сотен выстрелов. Каждый выстрел обеспечивал дозу радиации около 40 Грей, что соответствует стандартной дозе протонной терапии – результат, ранее недостижимый для ЛПУ при такой частоте повторения.
Профессор Зигфрид Гленцер, директор отделения науки о материи высокой плотности в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, отметил: «Эти впечатляющие результаты открывают путь к новым применениям релятивистских высокомощных лазеров в медицине, исследованиях ускорителей и инерциальном синтезе. Эта работа полностью изменила парадигму – теперь мы больше не полагаемся исключительно на симуляции».
Гриффин Гленн, аспирант Стэнфордского университета и второй автор статьи, участвовавший в разработке водяной мишени и анализе данных, подчеркнул неожиданность обнаруженного эффекта фокусировки пучка.
Протонные пучки находят широкое применение в медицине, особенно в лечении опухолей, а также в производстве микрочипов и полупроводников. Традиционные ускорители, такие как синхротроны, громоздки и ограничены в развертывании. Новая технология может сделать протонную терапию более доступной и открыть новые области применения.
Экспериментальные данные позволили команде смоделировать и лучше понять силы, стоящие за эффектом фокусировки. Предполагается, что этот подход может быть масштабирован для систем с более высокой энергией, что позволит получать еще более яркие и энергетичные протонные пучки.
Изображение носит иллюстративный характер
Основным нововведением стала замена традиционной твердой мишени на тонкую водяную пленку. Эксперимент, проведенный в Центральной лазерной установке Лаборатории Резерфорда Эпплтона STFC, показал неожиданные результаты. Испаряющаяся вода образовывала облако пара, которое, взаимодействуя с протонным пучком, создавало магнитные поля, естественным образом фокусирующие луч.
По сравнению с экспериментами на твердых мишенях, расходимость протонного пучка уменьшилась на порядок, а эффективность возросла в 100 раз. Система стабильно работала с частотой пять импульсов в секунду на протяжении сотен выстрелов. Каждый выстрел обеспечивал дозу радиации около 40 Грей, что соответствует стандартной дозе протонной терапии – результат, ранее недостижимый для ЛПУ при такой частоте повторения.
Профессор Зигфрид Гленцер, директор отделения науки о материи высокой плотности в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, отметил: «Эти впечатляющие результаты открывают путь к новым применениям релятивистских высокомощных лазеров в медицине, исследованиях ускорителей и инерциальном синтезе. Эта работа полностью изменила парадигму – теперь мы больше не полагаемся исключительно на симуляции».
Гриффин Гленн, аспирант Стэнфордского университета и второй автор статьи, участвовавший в разработке водяной мишени и анализе данных, подчеркнул неожиданность обнаруженного эффекта фокусировки пучка.
Протонные пучки находят широкое применение в медицине, особенно в лечении опухолей, а также в производстве микрочипов и полупроводников. Традиционные ускорители, такие как синхротроны, громоздки и ограничены в развертывании. Новая технология может сделать протонную терапию более доступной и открыть новые области применения.
Экспериментальные данные позволили команде смоделировать и лучше понять силы, стоящие за эффектом фокусировки. Предполагается, что этот подход может быть масштабирован для систем с более высокой энергией, что позволит получать еще более яркие и энергетичные протонные пучки.
