Международной группе физиков удалось довести энергию протонов до 67,5 МэВ с помощью мощного лазера Trident, установленного в Лос-Аламосской национальной лаборатории (США). Свои результаты ученые доложили на съезде Американского физического общества в Атланте, а краткое изложение доклада приводит physicsworld.com.

В рамках нового исследования ученые смогли получить протоны с энергией около 68 мегаэлектронвольт при помощи относительно небольшого лазера. Предыдущий рекорд составлял 58 мегаэлектронвольт. Для сравнения, для радиотерапии используются протонные пучки с энергией 60–300 мегаэлектронвольт.

Пучки протонов наносят меньший вред организму, чем другие виды излучения, используемые в радиотерапии. Эти частицы теряют основную часть своей начальной энергии на последних миллиметрах пробега, причем длина их пробега в ткани в заданном интервале энергий изменяется незначительно, что позволяет точно «нацеливать» пучок на опухолевые клетки. Основной проблемой остается получение протонов: ускорители занимают огромные площади, а стоимость их постройки измеряется десятками миллионов долларов.

Медная мишень и ее рентгеновское изображение, которое демонстрирует проникновение лазерного излучения (иллюстрация авторов работы)

По мнению многих специалистов, в данном случае для получения высокоэнергетичных частиц лучше всего подходит методика лазерного ускорения. При использовании этой технологии тонкая мишень облучается короткими и интенсивными лазерными импульсами. Под действием излучения происходит разделение зарядов (электроны атомов мишени ускоряются в направлении распространения импульса и перемещаются к границе мишени); возникающее в результате внутреннее электрическое поле ускоряет протоны. Более подробное описание методики приведено в статье И. Н. Косарева, опубликованной в «Журнале технической физики».

В экспериментах на лазере Trident ученые использовали медную мишень в форме конуса, на вершине которого располагался плоский диск диаметром около 100 мкм. На поверхности мишени размещались атомы водорода — источники протонов. Рекордная энергия частиц — 67,5 МэВ — была достигнута при длительности лазерного импульса в 600 фемтосекунд и его энергии в 80 Дж, в то время как предыдущий рекорд был получен при помощи лазеров с энергией около 600 джоулей.

Совсем недавно похожий результат был получен другой группой физиков. Они смогли построить источник рентгеновских импульсов низкой энергии с длиной волны 18 нанометров. При этом аппарат, в основе которого лазер, уместился всего на двух столах.