Ett laserdrivet jonaccelerationsschema, utvecklad inom forskning som leds vid University of Strathclyde, kan leda till kompakta jonkällor för etablerade och innovativa tillämpningar inom vetenskap, medicin och industri.

Accelerationen av protoner till energier inom 100 mega-elektron-volt uppnåddes genom att spänna ett hybridjonaccelerationsschema i ett ultratunt foliemål bestrålat av en intensiv laserpuls.

Resultaten av forskningen kan ha viktiga konsekvenser för att utveckla mindre, billigare, laserdrivna jonacceleratorer och deras många potentiella tillämpningar. Studien har publicerats i tidskriften Naturkommunikation .

Professor Paul McKenna, vid Strathclydes institution för fysik, leder projektet. Han sa:"Laserdrivna acceleratorer har en transformativ potential, på grund av deras kompakta karaktär och de unika egenskaperna hos partiklar och strålning.

"Ett antal av de lovande tillämpningarna av laseraccelererade joner kräver att jonenergierna ökas. Vår demonstration av jonacceleration med hög energi som drivs av en hybridaccelerationsmekanism öppnar en potentiell ny väg för att förbättra och kontrollera laserdrivna jonkällor."

Partikelacceleratorer har haft en djupgående inverkan på vetenskap och samhälle. De är grunden för innovativa metoder för behandling av cancer, är ovärderliga verktyg inom materialvetenskap och biologi, och är drivkrafter för fysiska experiment med hög energi, som de som bekräftade förekomsten av Higgs boson. Laddade partiklar accelereras konventionellt i elektriska fält som produceras i radiofrekvenshålrum. Fältstyrkan begränsas av elavbrott, vilket innebär att stora strukturer krävs för att accelerera partiklar till höga energier.

Under det senaste decenniet har högeffektlasrar har framträtt som en ny drivkraft för potentiellt kompakta källor till elektroner och joner med hög energi. Fokusering av laserljuset i plasma ger extremt höga elektriska fält och därmed sker partikelacceleration över en kort längd - vanligtvis cirka 1000 gånger kortare än en radiofrekvenshålighetsaccelerator för samma partikel energi.

Professor McKenna sa:"En av de främsta utmaningarna för att accelerera joner med intensiva lasrar är att de ultrasnabba processer som sker under laserpulsens korta varaktighet kan göra det svårt att optimera en individuell accelerationsmekanism. Men som framgår av vår forskning, detta kan också ge vika för utvecklingen av hybridsystem som innefattar två eller flera accelerationsmekanismer, vilket kan möjliggöra ytterligare grader av kontroll av de slutliga jonstråleegenskaperna. "