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日前，激光驱动的离子加速已被研究用于开发紧凑且高效的基于等离子体的加速器，该加速器适用于癌症治疗、核聚变和高能物理。2月17日，大阪大学的研究人员与国立量子科学技术研究所(QST)、神户大学和台湾国立中央大学的研究人员合作，报告了通过使用J-KAREN激光器辐照世界上最薄和最强的石墨烯靶材来直接加速高能离子的实验结果。研究结果发表于Scientific Reports，点击“阅读原文”或联系质子中国小编(微信号：ProtonCN)获取全文。
众所周知，在激光离子加速理论中，靶材越薄，离子能量越高。然而，由于强激光的噪声成分会在激光脉冲的主峰之前破坏靶材，很难直接加速具有极薄靶材区域的离子。因此需要使用等离子体镜去除噪声成分，以在高强度激光中实现高效的离子加速。 因此，研究人员开发了大面积悬浮石墨烯(large-area suspended graphene, LSG)作为激光离子加速的靶材。石墨烯被称为世界上最薄、最强的二维材料，适用于激光驱动的离子源。研究发现，在无等离子体镜的情况下，直接照射LSG靶材产生的MeV质子和碳，从亚相对论到相对论激光强度，从低对比度到高对比度条件，显示了石墨烯的耐用性。
研究人员Wei-Yen Woon解释：“石墨烯在原子层面上是透明的、高导电性的、重量轻的，具有导热性，同时也是最坚固的材料。迄今为止，石墨烯已经产生各种各样的应用，包括在交通、医药、电子和能源领域的应用。我们展示了石墨烯在激光离子加速领域的颠覆性应用，其中石墨烯的独特特性发挥着不可或缺的作用。” 研究人员Yasuhiro Kuramitsu解释：“这项研究的结果适用于开发紧凑且高效的激光驱动离子加速器，用于癌症治疗、激光核聚变、高能物理学和实验室天体物理学。在无等离子体镜的情况下直接加速高能离子显示了LSG的鲁棒性。我们将使用原子薄的LSG(atomic-thin LSG)作为靶座来加速其他无法独立存在的材料。我们还展示了非相对论强度下的高能离子加速。这将使我们能够用相对较小的激光设备研究激光离子加速。此外，即使无等离子体镜的极薄靶材，也能实现高能离子加速。这开辟了激光驱动离子加速的新机制。”(质子中国 编译报道) 相关链接 美国密歇根大学3拍瓦ZEUS激光装置计划2022年初开始首次实验 中科院院士、光学专家李儒新：高功率激光与高能粒子加速器融合前景广阔
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