中科院上海光机所激光质子刀研究获重要突破

科学网上海10月20日电(记者黄鑫)今天，记者从中国科学院上海光学机械研究所获悉，该所强场激光物理国家重点实验室在徐志展院士和李如新研究员的领导下，在激光质子刀研究方面取得了重要进展。研究人员利用圆偏振拍瓦超强超短激光脉冲轰击纳米厚度的薄膜靶，获得大电流强度、准单能的高质量质子束。质子能谱的峰值能量达到9兆电子伏，峰值电流强度达到3× 1012质子/兆电子伏/秒，这一结果标志着激光驱动质子刀方案向前迈进了一大步。10月17日，相关研究成果发表在《物理评论快报》上。

高能质子束在物质中传输时的特殊和独特的布拉格峰意味着质子在传输路径中损失很少的能量，能量主要沉积在末端。因此，当高能质子束用于体内治疗癌症时，它可以在杀死癌细胞的同时保护健康细胞。这种治疗方法被称为质子刀。基于传统加速器的质子刀肿瘤治疗在国内外取得了很大进展。临床效果很好，但缺点是治疗费用昂贵，难以推广。

超强超短激光驱动、以等离子体为工作介质的高能质子加速器有望降低治疗成本，服务大众，成为新一代质子刀——激光质子刀，因为其加速梯度(单位长度粒子获得的能量)比传统加速器大得多，从而大大减小了加速器的尺寸。用于肿瘤治疗的质子刀需要满足高能、准单能、强流等条件。虽然激光质子刀的研究已经进行了近20年，取得了许多理论和实验上的进展，但同时满足这些条件仍然非常困难，其实际应用受到限制。

在这项研究中，研究人员的分析表明，基于无碰撞冲击波的加速机制是产生这种高质量高能质子束的原因。该机制预测在现有的激光条件下，质子能量可以缩放到100兆电子伏，以满足质子刀肿瘤治疗的要求。此前，该团队使用线偏振激光获得了世界上第一个基于超强超短激光的无碰撞冲击波加速实验结果。

超强超短激光驱动产生的超短脉冲和高质量高能质子束也可应用于质子照相和材料探测、激光核聚变快火、实验室天体物理学、激光核物理、核医学等方面的研究。

据报道，这项研究得到了中国科学院乙类试点项目、国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。