使用激光驱动内爆粒子加速器能成为现实吗?

20世纪80年代末发明的激光脉冲压缩技术产生了高功率、短脉冲激光技术,在25年的时间里提高了1000万倍的激光强度。大阪大学的科学家们发现了一种新型的粒子加速机制,他们将其描述为微泡内爆,在这种情况下,超级高能氢离子(相对论性质子)是在通过ultraintense激光脉冲的氢化物与微米大小的球形气泡之间的辐照时产生的,他们的研究结果发表在科学报告上。

气泡内爆的示意图,这是一幅描绘整个主要事件整合的想象图,即激光照明,热电子扩散,内爆,和质子闪光。图片:M. Murakami

博科园-科学科普:Masakatsu Murakami领导的研究小组报告了一种令人震惊的物理现象:当收缩物质达到前所未有的密度时,相当于一个重量超过100公斤的糖立方体的体积,高能量的质子从充满正能量的纳米级星团中发射出来,这是一个世界的第一。通常为了产生如此巨大的能量,通常需要几十到几百米的加速距离。在微泡内爆中,一种独特的现象发生在离子(带电粒子)以光速的二分之一的速度汇聚到空间中的一个点上。这一现象,看起来与大爆炸相反,本质上不同于先前发现的或提出的加速度原理。

一种纳米脉冲星:重复内爆和爆炸产生高能质子。图片:M. Murakami

这个新概念将阐明时空的宏大尺度的未知空间物理学,例如恒星中高能质子的起源和空间分布。此外作为一个紧凑的中子辐射来源通过核聚变,这一概念将用于多种应用于医疗和工业在未来,如质子放疗治疗癌症,新能源的发展与激光核聚变,横断面为开发燃料电池照片和发展的新物质。

博科园-科学科普|参考期刊:Scientific Reports|来自:大阪大学