一种制造高能离子的新方法可以加快它们在治疗癌症和探索物质基本性质方面的应用。

这项新技术由伦敦帝国理工学院的研究人员与日本和德国的合作者共同创造，将有助于输送离子束，这些离子束可以通过高剂量更有针对性的辐射来治疗癌症。

粒子加速器使用电场来加速一系列粒子，例如离子。它们已经被开发和使用了一个多世纪，用于在医院进行基础研究和治疗癌症。最近，开发了涉及激光操纵等离子体中电子的新方法，它产生的电场比标准机器中可能产生的电场大数百万倍。

这些技术使加速器变得更小，并且可以提供只有纳秒长的超短离子束。这对癌症放射治疗特别有用，可以进行靶向治疗，使更多健康组织完好无损。

这项发表在《光：科学与应用》杂志上的新研究展示了如何从这些加速器中获取大量高能离子。来自帝国理工学院物理系的共同第一作者NicholasDover博士说：“我们在将这些激光驱动离子源带出实验室并走向实际应用方面取得了重大飞跃。”

加速离子

该团队在日本关西光子科学研究所和德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫中心使用最先进的高功率激光器来开发用激光加速离子的技术。

该系统的工作原理是向等离子体发射激光以加速等离子体并产生电场。然而，通常等离子体对光是不透明的，这意味着激光只与它在反弹前首先撞击的等离子体表面相互作用。

然而，对于非常强的激光，目标电子被加速到接近光速，显着改变折射率并允许激光进入现在透明的目标。发生这种情况时，激光与整个目标相互作用，几乎完全被吸收。这会产生一个极端的感应电场，在激光方向上加速目标离子。

该团队展示了如何通过仔细选择与激光系统参数匹配的目标厚度来优化离子加速。这导致目标在激光脉冲最强烈的部分变得透明。

Dover博士说：“通过使用两个独立的激光系统来复制这些结果，我们证明我们的技术可以应用于许多现有的拍瓦级飞秒激光设备中的任何一个。这些激光器正在迅速开发以提高它们的稳定性和重复性速度。”

“这是传送超短脉冲离子束的理想选择，放射生物学家可以用它来解开高剂量放射生物学的谜团。”