Un grupo de investigadores del SLAC National Accelerator Laboratory han desarrollado una nueva estrategia para generar haces de protones de alta energía y alineación mejorada, mejorando la aceleración láser-plasma. Según la investigación, el hallazgo principal es una lámina de agua autorregenerativa, que soluciona un problema operativo crítico, mientras revela efectos inesperados y beneficiosos en la calidad del haz de protones.
La aceleración láser-plasma y la nueva estrategia de producción
Los aceleradores de plasma-láser (LPAs) representan una alternativa compacta y de bajo costo a los aceleradores actuales, pero presentan limitaciones técnicas, como la destrucción del objetivo tras cada pulso láser. Para resolver este problema, los científicos probaron una lámina de agua autorregenerativa en lugar de un objetivo sólido. Este cambio eliminó la necesidad de reemplazar constantemente el material de impacto, aumentando la eficiencia operativa.
No obstante, los investigadores notaron un efecto adicional inesperado: la evaporación del agua generó una nube de vapor que interactuó con el haz de protones, creando campos magnéticos que enfocaron naturalmente el haz. Como resultado, el nuevo diseño redujo la divergencia del haz de protones en un orden de magnitud y mejoró su eficiencia en un factor de 100.
Este descubrimiento resuelve un problema operativo de los LPAs, mientras abre nuevas posibilidades para aplicaciones en medicina, investigación de aceleradores y fusión inercial. En particular, el desarrollo de fuentes de haces de protones compactas y asequibles podría ampliar su uso en tratamientos médicos, como la terapia de protones para el cáncer, y en la fabricación de microchips.
El experimento fue realizado en la Central Laser Facility del Laboratorio Rutherford Appleton, y demostró que el sistema podría operar de manera estable a una tasa de cinco pulsos por segundo durante cientos de disparos láser. Además, los resultados se lograron utilizando un sistema láser de baja energía accesible, lo que indica que la tecnología podría implementarse a una escala más amplia.
Estos emocionantes resultados abren el camino para nuevas aplicaciones de láseres relativistas de alta potencia para aplicaciones en medicina, investigación de aceleradores y fusión inercial.
Siegfried Glenzer, director de la división de Ciencias de Alta Densidad de Energía en SLAC.
El estudio, publicado en Nature, fue financiado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del DOE y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF). Con estos resultados, los investigadores esperan que los aceleradores de plasma-láser den el siguiente paso hacia aplicaciones prácticas en la ciencia y la industria.
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Fuente y fotos: SLAC
