Een lasergestuurd ionenversnellingsschema, ontwikkeld in onderzoek geleid aan de Universiteit van Strathclyde, zou kunnen leiden tot compacte ionenbronnen voor gevestigde en innovatieve toepassingen in de wetenschap, geneeskunde en industrie.

De versnelling van protonen tot energieën in het bereik van 100 mega-elektron-volt werd bereikt door een hybride ionenversnellingsschema op te wekken in een ultradun foliedoel bestraald door een intense laserpuls.

De bevindingen van het onderzoek kunnen belangrijke implicaties hebben voor het bevorderen van kleinere, goedkoper, lasergestuurde ionenversnellers en hun vele potentiële toepassingen. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Professor Paul McKenna, van Strathclyde's Department of Physics, leidt het project. Hij zei:"Laseraangedreven versnellers hebben een transformatief potentieel, vanwege hun compacte aard en de unieke eigenschappen van de geproduceerde deeltjesbundels en straling.

"Een aantal van de veelbelovende toepassingen van laserversnelde ionen vereisen dat de ionenenergieën worden verhoogd. Onze demonstratie van ionenversnelling met hoge energie aangedreven door een hybride versnellingsmechanisme opent een potentiële nieuwe route naar het verbeteren en beheersen van lasergestuurde ionenbronnen."

Deeltjesversnellers hebben een grote impact gehad op wetenschap en samenleving. Ze vormen de basis van innovatieve benaderingen van kankerbehandeling, zijn onschatbare instrumenten in materiaalwetenschap en biologie, en zijn drijfveren voor experimenten met hoge energiefysica, zoals die die het bestaan ​​van het Higgs-deeltje bevestigden. Geladen deeltjes worden conventioneel versneld in elektrische velden die worden geproduceerd in radiofrequente holtes. De veldsterkte wordt beperkt door elektrische doorslag, wat betekent dat grote structuren nodig zijn om deeltjes te versnellen tot hoge energieën.

In het afgelopen decennium is lasers met hoog vermogen zijn naar voren gekomen als een nieuwe aanjager van potentieel compacte bronnen van hoogenergetische elektronen en ionen. Het focusseren van het laserlicht in plasma produceert extreem hoge elektrische velden en dus vindt de deeltjesversnelling plaats over een korte lengte - typisch, ongeveer 1000 keer korter dan een radiofrequente holteversneller voor dezelfde deeltjesenergie.

Professor McKenna zei:"Een van de belangrijkste uitdagingen bij het versnellen van ionen met behulp van intense lasers is dat de ultrasnelle processen die plaatsvinden gedurende de korte duur van de laserpuls het moeilijk kunnen maken om een ​​individueel versnellingsmechanisme te optimaliseren. zoals blijkt uit ons onderzoek, dit kan ook plaats maken voor de ontwikkeling van hybride schema's met twee of meer versnellingsmechanismen, die extra mate van controle over de uiteindelijke eigenschappen van de ionenbundel mogelijk kan maken."