科學網10月20日上海訊（記者黃辛）今天，記者從中科院上海光機所獲悉，該所強場激光物理國家重點實驗室在徐至展院士、李儒新研究員的領導下，在激光質子刀研究中取得重要進展。研究人員利用圓偏振拍瓦級超強超短激光脈沖轟擊納米厚度薄膜靶，獲得了大流強、準單能的高品質質子束，質子能譜峰能量達到9 MeV，峰值流強高達3×1012protons/MeV/sr。這一結果代表著激光驅動的質子刀方案向前邁出了關鍵一步。10月17日，相關研究成果已經發表于《物理評論快報》。
高能質子束在物質中傳輸時具體獨特的布拉格峰，即質子在傳輸路徑上損失能量很少，能量主要沉積在末端。因此采用高能質子束治療體內癌癥時，在殺死癌細胞的同時，能很好地保護健康細胞，這種治療手段被稱為質子刀。基于傳統加速器的質子刀腫瘤治療在國內外都已取得很大進展。臨床效果非常好，但缺點是治療費用十分昂貴，難以普及。
超強超短激光驅動的以等離子體為工作介質的高能質子加速器，由于其加速梯度（單位長度內粒子獲得的能量）遠大于傳統加速器，大大縮小加速器規模，從而有望減少治療費用，服務于大眾，成為新一代質子刀，即激光質子刀。用于腫瘤治療的質子刀，需要滿足能量高、準單能、流強大等條件。激光質子刀研究雖已有近二十年時間，并取得了很多理論和實驗進展，但同時滿足這些條件還有很大困難，其實際應用受到制約。
在這項研究中，研究人員分析表明，基于無碰撞激波的加速機制是產生這種高品質高能質子束的原因，該機制預言質子能量可在現有的激光條件下定標到百兆電子伏特，滿足質子刀腫瘤治療的要求。此前該團隊已經利用線偏振激光在國際上率先獲得了基于超強超短激光的無碰撞沖擊波加速的實驗結果。
超強超短激光驅動產生的超短脈沖、高品質高能質子束還可應用于質子照相與材料檢測、激光核聚變快點火、實驗室天體物理、激光核物理和核醫學等方面的研究。
據悉，這項研究得到了中科院先導B類專項、國家重點研發計劃及國家自然科學基金等項目的支持。
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