Stolní urychlovače částic

Hlavně se dosud nepodařilo vytvořit paprsek částic s velmi úzkým spektrem energií. To je podmínka pro praktické využití například v medicíně. Ozařování neutrony, protony a těžkými ionty se nyní stává velmi nadějnou metodou pro léčbu nádorových onemocnění. Paprsek částic, které mají přesně definovanou energii, se totiž dá nasměrovat přímo do postižené tkáně a okolní tkáň se přitom nepoškodí. Navíc ozařování těžkými částicemi má daleko vyšší účinnost. Pro některá specifická onemocnění se již používá, pacienty je ale třeba převážet k velkým urychlovačům a to brání rozšíření metody v běžné terapeutické praxi.

V březnu přišly hned dva vědecké týmy s nadějným řešením. Německá studie pocházející z univerzity v Jeně používá pulzní laser, jehož záření dopadá na titanovou fólii. Na zadní straně fólie jsou naneseny tečky z polymethyl metakrylátu o rozměru jedné tisíciny milimetru. Jakmile laserové paprsky zasáhnou přední stranu fólie přesně v místě proti tečce, vycházejí z fólie urychlené protony ve směru kolmém na její povrch. Energie protonů je soustředěna v úzkém pásu, maximum je kolem 1,2 MeV.

Druhá studie pochází z Los Alamos. Zdejší pracovníci fokusovali záření laboratorního výkonového pulzního laseru Trident na palladiovou fólii o tloušťce 20 mikrometrů. Jak se fólie začínala zahřívat, začínaly se rozkládat uhlovodíkové nečistoty, které byly absorbovány na fólii a začaly vytvářet vrstvu grafitu. Laserové záření ionizovalo atomy uhlíku a urychlovalo je na energii kolem 3 MeV. Rozptyl energie byl kolem 17 %.

I když ani jedna z metod neposkytuje monoenergetický svazek, je rozptyl hodnot energií v obou případech daleko menší, než byl dosud podobnými metodami dosažen. Pokud by se ale měly laserem řízené urychlovače použít například k již zmíněné léčbě nádorů, bylo by potřeba urychlit protony a ionty na energie kolem 200 MeV a dále zvyšovat monoenergetičnost svazku. To bude pravděpodobně dosažitelné s další generací laserů.

Laserem urychlené ionty mohou též pomoci fyzikům realizovat podmínky, které se jinak vyskytují pouze v nitru hvězd. Protože svazky těchto částic mají velmi krátkou délku pulzu, mohou ohřát vzorky až na milión stupňů Celsia dříve, než hmota má čas expandovat. Během těchto několika pikosekund je pak možno zjišťovat, zda je hmota vzorku horká a ještě hustá.