英國(guó)研制zui明亮伽馬射線 亮度超太陽(yáng)一萬(wàn)億倍

英國(guó)斯*克萊德大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科研小組日前制造出一束地球上zui明亮的伽馬射線——比太陽(yáng)亮1萬(wàn)億倍。這將開啟醫(yī)學(xué)研究的新紀(jì)元。

物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)超短激光脈沖可以和電離氣體發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生一束極其強(qiáng)大的激光，它甚至可以穿透20厘米厚度的鉛板，要用1.5米厚的混凝土墻才能*屏蔽它。

這種*激光射線有諸多用途，其中包括醫(yī)學(xué)成像，放射性療法，以及正電子放射斷層造影術(shù)（PET）掃描。同時(shí)這種射線源還可以被用來(lái)監(jiān)視密封存放的核廢料是否安全。另外，由于這種激光脈沖極短，持續(xù)時(shí)間僅1千萬(wàn)億分之一秒，快到足以捕獲原子核對(duì)激發(fā)的反應(yīng)，這就使它非常適合用于實(shí)驗(yàn)室中的原子核研究。

此次研究中使用的發(fā)射源比一般常見的伽馬射線發(fā)射設(shè)備要更小也更便宜。實(shí)驗(yàn)在英國(guó)科學(xué)技術(shù)設(shè)施協(xié)會(huì)所屬盧瑟福—阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室的*激光設(shè)施中進(jìn)行，除了斯*克萊德大學(xué)的科學(xué)家之外，還有來(lái)自格拉斯哥大學(xué)以及葡萄牙里斯本高等技術(shù)研究院的科學(xué)家參與了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

來(lái)自斯*克萊德大學(xué)的蒂諾·雅諾辛斯基（Dino Jaroszynski）是這項(xiàng)研究工作的負(fù)責(zé)人。他說(shuō)：“這是一個(gè)重大的突破，它將使我們能更容易地對(duì)致密物體內(nèi)部進(jìn)行掃描，我們可以借助這項(xiàng)技術(shù)監(jiān)視核聚變裝置內(nèi)部。為了證實(shí)其應(yīng)用價(jià)值，我們對(duì)一根極細(xì)的線進(jìn)行了成像，其直徑僅有25微米，借助伽馬射線以及一項(xiàng)名為‘相襯成像’的新技術(shù)，我們得到了非常清晰的圖像。這將讓未來(lái)的科研人員得以對(duì)射線吸收系數(shù)非常低的材料也可以進(jìn)行很好的成像。被伽馬射線照亮的材料只會(huì)產(chǎn)生極微弱的陰影，因此仍可以進(jìn)行良好的觀察。相襯成像是*可以讓這些透明材料顯影的方法。它對(duì)于癌癥的治療也將產(chǎn)生幫助，沒有任何其他激光可以和這種伽馬射線的波長(zhǎng)相比，這也是它為何如此明亮的原因。”

他說(shuō)：“在自然界，如果你對(duì)粒子進(jìn)行加速，例如對(duì)電子加速，它們會(huì)發(fā)出輻射。我們將粒子囚禁在一個(gè)緊隨激光脈沖身后的離子腔內(nèi)，并將它們加速到很高的速度。腔內(nèi)的電子也會(huì)和激光束發(fā)生相互作用，獲得能量并劇烈震蕩，這就像是一個(gè)蕩秋千的孩子被人從身后猛推一把。這種劇烈的震蕩，加上電子本身吸收的高能量傳遞給光子，使其具備了*的能量并產(chǎn)生伽馬射線。這一切使得這一伽馬射線源具備了超越一切地球上其他光源的亮度。我們所用的加速器是一種新型加速器，稱為‘激光-等離子體尾波場(chǎng)電子加速器’，它使用高能激光和電離氣體來(lái)加速帶電粒子，使之達(dá)到很高的能級(jí)。這種原理級(jí)別的創(chuàng)新使加速器可以變得很小，使之從長(zhǎng)達(dá)100米的傳統(tǒng)加速器搖身一變，成為可以放進(jìn)手掌心那樣的迷你型設(shè)備。”

這項(xiàng)研究得到了英國(guó)工程和物理科學(xué)研究協(xié)會(huì)，英國(guó)科學(xué)技術(shù)設(shè)施協(xié)會(huì)，激光實(shí)驗(yàn)室-歐洲聯(lián)盟以及光學(xué)設(shè)施項(xiàng)目組的支持。有關(guān)的詳細(xì)論文已經(jīng)發(fā)表在《自然—物理學(xué)》雜志上。

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