近期，美國加州伯克利實(shí)驗(yàn)室激光加速器（BELLA）中心完成了一次升級，此次升級將該中心的能力擴(kuò)展到高強(qiáng)度激光科學(xué)的新領(lǐng)域。升級后的設(shè)施將有利于相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步獲取極端等離子體的數(shù)據(jù)，以及開發(fā)出新型癌癥治療方法。

經(jīng)過兩年的安裝過程，這次升級創(chuàng)造了一個新的試驗(yàn)區(qū)，被稱為“相互作用點(diǎn)2”（iP2），它將使用實(shí)驗(yàn)室的拍瓦激光提供強(qiáng)烈的質(zhì)子和離子脈沖。這將建立在該中心在加速電子和低能量質(zhì)子方面的專業(yè)知識的基礎(chǔ)上。

“我們正在迎來一個高強(qiáng)度激光實(shí)驗(yàn)的新時代，”伯克利實(shí)驗(yàn)室加速器技術(shù)和應(yīng)用物理（ATAP）部門主任Cameron Geddes表示，“這是一個偉大的里程碑，它拓寬了該設(shè)施的整個科學(xué)范圍，并為我們的領(lǐng)域提供了可能性。”

據(jù)透露，今年早些時候，BELLA已經(jīng)完成過一次升級，當(dāng)時是增加了第二條光束線，研究人員計(jì)劃在那里堆疊激光供電模塊，以制造小型高能電子加速器。

BELLA激光系統(tǒng)最初由法國航空國防軍工巨頭泰雷茲集團(tuán)（Thales Group）建造，旨在提供持續(xù)時間為40飛秒、重復(fù)頻率為1赫茲的40焦耳激光脈沖，以及10－60太瓦的10赫茲激光系統(tǒng)。該激光架構(gòu)采用了啁啾脈沖放大方法，在鈦藍(lán)寶石晶體的幫助下，來自十幾個泵浦激光源的能量會被拉伸、放大和壓縮，以產(chǎn)生高功率飛秒脈沖。

BELLA最近的研究包括開發(fā)一種方法，以最小的中斷或干擾來控制這種高功率激光束的位置和指向角度，其方法是將光束的一小部分轉(zhuǎn)移到平行路徑上，并將測量儀器應(yīng)用于“見證光束”（witness beam）。

研究人員計(jì)劃將新的iP2用于一系列研究項(xiàng)目。根據(jù)伯克利實(shí)驗(yàn)室的說法，第一個項(xiàng)目將探索為FLASH放射治療創(chuàng)造質(zhì)子爆發(fā)，這種方法是將癌細(xì)胞暴露在短時間的強(qiáng)輻射爆發(fā)中。

2020年，研究人員使用BELLA的原始相互作用點(diǎn)iP1，在將BELLA的質(zhì)子應(yīng)用于培養(yǎng)皿中的薄層細(xì)胞時觀察到了有希望的結(jié)果。他們目前計(jì)劃使用更高能量的質(zhì)子來研究在較厚的皮膚和腫瘤組織中的FLASH放射治療效應(yīng)。

iP2的安裝工作負(fù)責(zé)人Lieselotte Obst－Huebl表示：“我們正在研究使用這些激光加速質(zhì)子并進(jìn)行放射治療的潛力，不過還需要更高的質(zhì)子能量才能深入人體。這是一項(xiàng)仍處于起步階段的基礎(chǔ)研究，但有一天它可能會成為我們工具箱中的強(qiáng)大工具。”

BELLA中心還將連接參與到LaserNetUS網(wǎng)絡(luò)中，這為其他地方的研究人員提供了更多機(jī)會。LaserNetUS于2018年由美國能源部創(chuàng)建，匯集了9個機(jī)構(gòu)，旨在使高強(qiáng)度激光器更容易用于科學(xué)和工程領(lǐng)域。研究人員現(xiàn)在可以通過LaserNetUS提交相關(guān)提案，然后在BELLA中心進(jìn)行研究，并在這一過程中充分利用iP2新擴(kuò)展的試驗(yàn)區(qū)。