英国研制最明亮伽马射线 亮度超太阳一万亿倍

2011-9-21 16:06 来源: 新浪
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这一项目的负责人:来自斯特拉斯克莱德大学的蒂诺·雅诺辛斯基教授

  北京时间9月21日消息,据国外媒体报道,英国斯特拉斯克莱德大学领导的一个科研小组日前制造出一束地球上最明亮的伽马射线——比太阳亮1万亿倍。这将开启医学研究的新纪元。

  物理学家们发现超短激光脉冲可以和电离气体发生反应,并产生一束极其强大的激光,它甚至可以穿透20厘米厚度的铅板,要用1.5米厚的混凝土墙才能彻底屏蔽它。

  这种超强激光射线有诸多用途,其中包括医学成像,放射性疗法,以及正电子放射断层造影术(PET)扫描。同时这种射线源还可以被用来监视密封存放的核废料是否安全。另外,由于这种激光脉冲极短,持续时间仅1千万亿分之一秒,快到足以捕获原子核对激发的反应,这就使它非常适合用于实验室中的原子核研究。

  此次研究中使用的发射源比一般常见的伽马射线发射设备要更小也更便宜。实验在英国科学技术设施协会所属卢瑟福—阿普尔顿实验室的中央激光设施中进行,除了斯特拉斯克莱德大学的科学家之外,还有来自格拉斯哥大学以及葡萄牙里斯本高等技术研究院的科学家参与了这项实验。

  来自斯特拉斯克莱德大学的蒂诺·雅诺辛斯基(Dino Jaroszynski)是这项研究工作的负责人。他说:“这是一个重大的突破,它将使我们能更容易地对致密物体内部进行扫描,我们可以借助这项技术监视核聚变装置内部。为了证实其应用价值,我们对一根极细的线进行了成像,其直径仅有25微米,借助伽马射线以及一项名为‘相衬成像’的新技术,我们得到了非常清晰的图像。这将让未来的科研人员得以对射线吸收系数非常低的材料也可以进行很好的成像。被伽马射线照亮的材料只会产生极微弱的阴影,因此仍可以进行良好的观察。相衬成像是唯一可以让这些透明材料显影的方法。它对于癌症的治疗也将产生帮助,没有任何其他激光可以和这种伽马射线的波长相比,这也是它为何如此明亮的原因。”

  他说:“在自然界,如果你对粒子进行加速,例如对电子加速,它们会发出辐射。我们将粒子囚禁在一个紧随激光脉冲身后的离子腔内,并将它们加速到很高的速度。腔内的电子也会和激光束发生相互作用,获得能量并剧烈震荡,这就像是一个荡秋千的孩子被人从身后猛推一把。这种剧烈的震荡,加上电子本身吸收的高能量传递给光子,使其具备了极高的能量并产生伽马射线。这一切使得这一伽马射线源具备了超越一切地球上其他光源的亮度。我们所用的加速器是一种新型加速器,称为‘激光-等离子体尾波场电子加速器’,它使用高能激光和电离气体来加速带电粒子,使之达到很高的能级。这种原理级别的创新使加速器可以变得很小,使之从长达100米的传统加速器摇身一变,成为可以放进手掌心那样的迷你型设备。”

  这项研究得到了英国工程和物理科学研究协会,英国科学技术设施协会,激光实验室-欧洲联盟以及极端光学设施项目组的支持。有关的详细论文已经发表在《自然—物理学》杂志上。