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新闻来源：英国贝尔法斯特留学社区
2025/2/19 17:02:04 发表于36天前 76
贝尔法斯特女王大学的研究人员取得了突破性的发现——他们创造了一种使用高强度激光制造高质量质子束的简单方法。
目前，质子束被广泛应用于各行各业，从测试卫星和核反应堆的部件，到生产医学成像所需的放射性同位素。
它们甚至可用于癌症治疗，以质子束放射疗法瞄准并摧毁癌组织。这种治疗比X射线放射疗法更精确，对周围组织和重要器官的损伤更小。
该项研究已发表在《自然通讯》上，可能有助于推动医学和其他行业的技术进步。
女王大学数学与物理学院的 Charlotte Palmer 博士解释说：“通常，质子是由一种叫做回旋加速器的机器产生的。这些机器体积很大，而且相对稀有——特别是，英国 NHS 仅有三台回旋加速器可用于癌症治疗。因此，很难获得适合癌症治疗或放射生物学研究的设施，而这些设施对于开发未来的癌症治疗方法是必不可少的。”
为了使质子束更容易获得，帕尔默博士和他的团队一直在研究一种使用激光等离子加速器产生质子的全新紧凑方法。
她说：“这是一种更小、更灵活、希望更便宜的质子源，可以设在医院或大学。使用这些替代加速器时，科学家将高功率激光脉冲聚焦到一小块固体材料上，然后蒸发它。这会产生明亮的质子脉冲。”
到目前为止，这些加速器的一个大问题是质子脉冲在不同的激光照射之间会有所不同。质子源要想发挥作用，就需要快速连续地产生大量相同的脉冲。
另一个问题是激光等离子加速器发射的质子脉冲通常非常宽。它们在远离光源时会发散——类似于灯泡发出的光，而不是精确的激光束。
在一项新研究中，女王大学的研究人员取得了重大突破。他们表明，他们现在可以使用加速器产生更加集中的质子束，并且可以以每秒 5 个脉冲的速度稳定地做到这一点。
这一突破是研究人员与一个国际团队（包括 SLAC 国家加速器实验室和密歇根大学的研究人员）合作，在英国牛津附近的国家激光设施（STFC 中央激光设施）进行实验后取得的。
皇后大学的 Matthew Streeter 博士是这篇论文的第一作者。他解释道：“通过合作，我们能够开发出一种创新的薄液片靶。我们用它来取代加速器中用作质子源的传统固体箔靶。
“这种液体靶标更新迅速，这意味着它每秒可以支持数百次脉冲。但另一个令人惊讶且有益的副作用也出现了。当液体蒸发时，它会在靶标周围形成一团蒸汽云。质子束与这团云的相互作用使质子束聚焦。这很神奇，因为它使它更亮、更准直——光束更精确。”
Streeter 博士补充道：“这一突破表明，使用紧凑且经济有效的方法可以解决多项挑战并产生更有效的质子。这为利用质子进一步推进研究、工业和医学铺平了道路。”
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