科學(xué)網(wǎng)10月20日上海訊（記者黃辛）今天，記者從中科院上海光機(jī)所獲悉，該所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在徐至展院士、李儒新研究員的領(lǐng)導(dǎo)下，在激光質(zhì)子刀研究中取得重要進(jìn)展。研究人員利用圓偏振拍瓦級(jí)超強(qiáng)超短激光脈沖轟擊納米厚度薄膜靶，獲得了大流強(qiáng)、準(zhǔn)單能的高品質(zhì)質(zhì)子束，質(zhì)子能譜峰能量達(dá)到9 MeV，峰值流強(qiáng)高達(dá)3×1012protons/MeV/sr。這一結(jié)果代表著激光驅(qū)動(dòng)的質(zhì)子刀方案向前邁出了關(guān)鍵一步。10月17日，相關(guān)研究成果已經(jīng)發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

高能質(zhì)子束在物質(zhì)中傳輸時(shí)具體獨(dú)特的布拉格峰，即質(zhì)子在傳輸路徑上損失能量很少，能量主要沉積在末端。因此采用高能質(zhì)子束治療體內(nèi)癌癥時(shí)，在殺死癌細(xì)胞的同時(shí)，能很好地保護(hù)健康細(xì)胞，這種治療手段被稱為質(zhì)子刀?；趥鹘y(tǒng)加速器的質(zhì)子刀腫瘤治療在國(guó)內(nèi)外都已取得很大進(jìn)展。臨床效果非常好，但缺點(diǎn)是治療費(fèi)用十分昂貴，難以普及。

超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)的以等離子體為工作介質(zhì)的高能質(zhì)子加速器，由于其加速梯度（單位長(zhǎng)度內(nèi)粒子獲得的能量）遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)加速器，大大縮小加速器規(guī)模，從而有望減少治療費(fèi)用，服務(wù)于大眾，成為新一代質(zhì)子刀，即激光質(zhì)子刀。用于腫瘤治療的質(zhì)子刀，需要滿足能量高、準(zhǔn)單能、流強(qiáng)大等條件。激光質(zhì)子刀研究雖已有近二十年時(shí)間，并取得了很多理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，但同時(shí)滿足這些條件還有很大困難，其實(shí)際應(yīng)用受到制約。

在這項(xiàng)研究中，研究人員分析表明，基于無(wú)碰撞激波的加速機(jī)制是產(chǎn)生這種高品質(zhì)高能質(zhì)子束的原因，該機(jī)制預(yù)言質(zhì)子能量可在現(xiàn)有的激光條件下定標(biāo)到百兆電子伏特，滿足質(zhì)子刀腫瘤治療的要求。此前該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)利用線偏振激光在國(guó)際上率先獲得了基于超強(qiáng)超短激光的無(wú)碰撞沖擊波加速的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的超短脈沖、高品質(zhì)高能質(zhì)子束還可應(yīng)用于質(zhì)子照相與材料檢測(cè)、激光核聚變快點(diǎn)火、實(shí)驗(yàn)室天體物理、激光核物理和核醫(yī)學(xué)等方面的研究。

據(jù)悉，這項(xiàng)研究得到了中科院先導(dǎo)B類專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。