El grafeno y un láser intenso abren la puerta al extremo
Osaka, Japón: se ha estudiado la aceleración de iones láser para desarrollar un acelerador de plasma compacto y eficiente, aplicable al tratamiento del cáncer, la fusión nuclear y la física de alta energía. Investigadores de la Universidad de Osaka, en colaboración con investigadores de los Institutos Nacionales de Ciencia y Tecnología Cuántica (QST), la Universidad de Kobe y la Universidad Nacional Central de Taiwán, informaron una aceleración energética directa de iones al irradiar el objetivo de grafeno más delgado y fuerte del mundo con el ultra -Intenso láser J-KAREN en el Kansai Photon Science Institute, QST en Japón. Sus hallazgos se publican en Springer Nature, Scientific Reports.
Se sabe que se requiere un objetivo más delgado para una mayor energía de iones en la teoría de la aceleración de iones láser. Sin embargo, ha sido difícil acelerar directamente los iones con un régimen objetivo extremadamente delgado porque los componentes de ruido de un láser intenso destruyen los objetivos antes del pico principal del pulso láser. Es necesario utilizar espejos de plasma, que eliminan los componentes de ruido, para lograr una aceleración de iones efectiva con un láser intenso.
Por lo tanto, los investigadores desarrollaron grafeno de gran área suspendido (LSG) como un objetivo de aceleración de iones láser. El grafeno es conocido como el material 2D más delgado y fuerte del mundo, que es adecuado para fuentes de iones impulsadas por láser.
«El grafeno atómicamente delgado es transparente, altamente conductor eléctrico y térmico, y liviano, a la vez que es el material más fuerte», dice el autor del estudio Wei-Yen Woon. «Hasta la fecha, el grafeno ha visto varias aplicaciones, incluido el transporte, la medicina, la electrónica y la energía. Demostramos otra aplicación disruptiva del grafeno en el campo de la aceleración de iones láser, en el que las características únicas del grafeno juegan un papel indispensable».
Las irradiaciones directas de objetivos LSG generan protones MeV y carbonos de intensidades de láser subrelativistas a relativistas desde condiciones de bajo contraste hasta condiciones de alto contraste sin un espejo de plasma, lo que obviamente muestra la durabilidad del grafeno.
“Los resultados de esta investigación son aplicables al desarrollo de aceleradores de iones láser compactos y eficientes para la terapia del cáncer, la fusión nuclear láser, la física de alta energía y la astrofísica de laboratorio”, explica el autor principal del estudio, Yasuhiro Kuramitsu. “La aceleración directa de iones energéticos sin un espejo de plasma obviamente muestra la robustez de LSG. Usaremos LSG atómicamente delgado como medio objetivo para acelerar otros materiales que no pueden sostenerse por sí solos. También mostramos la aceleración energética de los iones a una intensidad no relativista. Esto nos permitirá estudiar la aceleración de iones láser con configuraciones de láser relativamente pequeñas. Además, incluso sin un espejo de plasma en el régimen objetivo extremadamente delgado, se logra una aceleración energética de los iones. Esto abre un nuevo régimen de aceleración de iones láser.
