超強鐳射照射石墨烯實現高能離子加速 可用於癌症治療
超強鐳射照射石墨烯實現高能離子加速
可用於癌症治療、核聚變和高能物理研究
科技日報北京2月20日電 (實習記者張佳欣)鐳射驅動離子加速已經被用於開發一種緊湊而高效的電漿體加速器，該加速器可應用於癌症治療、核聚變和高能物理。近日，日本大阪大學領導的研究團隊在日本量子科學技術研究開發機構用超強J-KAREN鐳射照射世界上最薄、最強的石墨烯靶材，從而實現了直接高能離子加速，開啟了鐳射驅動離子加速的新機制。研究結果發表在自然科研旗下《科學報告》雜誌上。
在鐳射離子加速理論中，更高的離子能量需要更薄的靶材。然而，由於強鐳射的噪聲分量在鐳射脈衝主峰之前破壞了目標，因此很難直接加速極薄靶區的離子。為了實現強鐳射對離子的高效加速，必須使用電漿反射鏡來去除噪聲成分。
因此，研究人員開發了大面積懸浮石墨烯(LSG)作為鐳射離子加速的目標。石墨烯被稱為世界上最薄、最堅固的2D材料，適用於鐳射驅動的離子源。
“原子薄的石墨烯是透明的，具有高導電性和導熱性，重量輕，同時也是最堅固的材料。”該研究的作者翁偉彥(音譯)解釋説，“迄今為止，石墨烯已經得到了廣泛的應用，包括在交通、醫藥、電子和能源等領域。我們展示了石墨烯在鐳射離子加速領域的另一個顛覆性應用，其中石墨烯的獨特性發揮著不可或缺的作用。
LSG靶的直接照射産生MeV質子和碳，從亞相對論到相對論鐳射強度，從低對比度到高對比度，不需要電漿反射鏡，這表明瞭石墨烯的耐久性。
研究人員表示，這項研究的結果適用於開發緊湊高效的鐳射驅動離子加速器，用於癌症治療、鐳射核聚變、高能物理和實驗室天體物理。高能離子在沒有電漿反射鏡的情況下直接加速，顯示了LSG的穩健性。研究人員將使用原子薄的LSG作為目標支架來加速其他無法自行承受的材料，他們還展示了非相對論強度下的高能離子加速。此外，即使在極薄的靶區沒有電漿反射鏡，也可以實現高能離子加速，這開啟了鐳射驅動離子加速的新機制。
