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剩余磁场阻碍激光驱动的质子束能量累积

发布:HPLSElaser    |    2018-02-07 13:30    阅读:293
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图为激光脉冲照射到薄靶上时电子产生的强磁场(伪彩部分),图片左侧的垂直线即为薄靶,大约2 µm厚。激光脉冲从图片左侧入射。图片来源:M Nakatsutsumi等,Nature Communications。

据日本大阪大学的Motoaki Nakatsutsumi和其国际团队的同事们表示,由电子产生的剩余磁场阻碍了激光驱动的质子束能量的增长。高能质子束的用途广泛,从粒子物理学的基础研究到癌症患者的肿瘤切除均可使用。粒子加速器是产生质子束的传统方式,但其体积过于庞大且价格昂贵。

“鞘层”

另一种方法为在向固定薄靶上发射强激光脉冲,如此便能把电子从原子中分离出来,形成一个非常大的“鞘层”。该磁场能够加速附近的质子,形成高能量的质子束。研究人员一直认为增加脉冲强度或许能够增加质子束的能量。

Nakatsutsumi及其同事们意识到,由于从前无法预料到的磁化效应,质子能量能够提升的最大限度被压制了。他还表示:“不幸的是,构成鞘层的电子也会产生电流,从而产生磁场。这种磁性将在靶面捕获电子,从而破坏整个过程,而质子则会偏离鞘层。”研究人员发现,在大约10²¹W/cm2的激光强度之上,已偏离的质子开始失去能量,只有在激光强度进一步增加的情况下才能够解决这个问题。

“副作用”

Nakatsutsumi的研究团队提出了一些能够降低磁场“副作用”的措施,包括使用极短的激光脉冲和较薄的目标材料。但这些方法成本过高,且不能产生太大的改善。研究人员表示还需要进行更多的研究来消除这些“副作用”。

来源: https://physicsworld.com/a/rogue-magnetic-fields-put-brakes-laser-driven-protons/

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