科技日報北京11月30日電 (記者張佳欣)粒子加速器在半導(dǎo)體應(yīng)用、醫(yī)學(xué)成像與治療以及材料、能源和醫(yī)學(xué)研究方面具有巨大的潛力。但傳統(tǒng)加速器需要很大的運行空間,非常昂貴,只有少數(shù)國家實驗室和大學(xué)才有。據(jù)最新一期《極端條件下的物質(zhì)與輻射》雜志報道,包括美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校在內(nèi)的研究團隊展示了一種長度不到20米的緊湊型粒子加速器,名為先進激光尾流場加速器,它可產(chǎn)生能量為100億電子伏的電子束。
目前在美國只有兩個加速器可達到如此高的電子能量,但長度都達到3公里?,F(xiàn)在,研究人員可在10厘米內(nèi)的腔室中達到這么高的能量。
激光尾流場加速器的原理是,用極強的激光射擊氦氣,將其加熱成等離子體并產(chǎn)生波,將電子從氣體中擊出,形成高能電子束。這一概念自1979年被提出以來,一直廣受關(guān)注。
此次,研究團隊的關(guān)鍵進展依賴于納米顆粒。輔助激光擊中氣室內(nèi)的金屬板,金屬板注入一股金屬納米粒子流,增強了從波傳遞到電子的能量。
激光就像一艘掠過湖面的小船,會留下尾跡,電子像尾波沖浪者一樣駕馭著這股等離子波。研究人員比喻說,沖浪者很難在不受控的情況下進浪,所以一般情況下摩托艇會拖著沖浪者進浪。在新型加速器中,納米粒子相當于摩托艇,它們在正確的點和正確的時間釋放電子,所以它們都能在尾波中“沖浪”。
在實驗中,研究人員使用了世界上最強大的脈沖激光器之一——得州拍瓦級激光器,每小時發(fā)射一次超強脈沖光,但持續(xù)時間僅為150飛秒。
目前,研究團隊正在探索將他們的加速器用于多種目的,如測試太空電子設(shè)備抵御輻射的能力、拍攝芯片設(shè)計的3D內(nèi)部結(jié)構(gòu),甚至開發(fā)新的癌癥療法和先進的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。
這種加速器還可用來驅(qū)動X射線自由電子激光器,這種設(shè)備可拍攝原子或分子尺度的慢動作電影,如藥物與細胞的相互作用、電池內(nèi)部導(dǎo)致起火的變化、太陽能電池板內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng),以及病毒蛋白質(zhì)在感染細胞時的形狀改變。
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