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日本高能激光器最新进展及未来前景

   激光器的用途很广。尤其是高能激光器,其在癌症治疗以及粒子物理学领域等都有巨大的应用潜力。

  东京

  全球都在计划创造极高能激光器。因为高能激光器能使得X射线观测仪以及通过质子束治疗恶性肿瘤的设备成本更低。它们将在很大程度上变为现实。

  在日本,今年4月成立的量子和放射科学和技术国家研究院,成为了日本高能激光器领域的重要机构。日本内阁还决定将激光器作为重要的研发课题。

  目标

  日本大阪大学Ryosuke Kodama教授表示:“欧洲、美国、韩国以及中国都陆续开始了高功率激光器的开发。如果日本现在不开始研发高功能激光器,不出几年就跟不上全球的节奏了。”

  相信大多数人都熟悉激光器。蓝色类型激光器用于蓝光光碟的读写,而红色的经常被用作演示文稿中的激光笔。高能激光器,其所发出的光比普通的光束要强一个数量级,也是国际激光领域竞争的焦点。

  激光器的功率往往通过每平方厘米瓦特数表示。想象一下,太阳光线通过地球直径大小的巨大透镜聚焦到直径为0.1毫米的点。结果将导致1000万亿次100万瓦特的能量。全球功率最大的激光器,于2008年建于美国密歇根大学,其功率是其10倍之多。但是这种强度不能维持太长时间,仅有30千万亿分之一秒。

  尺寸越小功率越大

  相比人们日常生活中的应用,高能激光器的应用更奇特。

  科学家们目前试图通过直线和环状巨型磁铁发送质子和电子来揭开这个微观世界的秘密。这种方式需要体积巨大成本昂贵的粒子加速器。但是高能激光器就能做到这点,理论上来讲,成本更低,所需的空间也更小。

  目前在日本进行的两个项目,旨在将高能激光器用于实际用途。其中一个项目是在2014年由日本内阁启动的政府资助的创新项目。该项目由原东芝总工程师Yuji Sano领头,通过与大阪大学以及日本理化研究所进行合作,共同开发高能激光器,为期五年,总体成本达25亿日元(2300万美元)。

  研究目的是减小由日本理化研究所在兵库县构建的长达700米的X射线自由电子激光设备(SACLA:SPring-8 Angstrom Compact Free Electron Laser)的尺寸。不同于高能激光,X射线激光光波长要短得多。它们经常被用来检查蛋白质或化学反应的微观结构。

  Sano表示:“如果我们能将该700米长的设备尺寸减小到10米,那么大学机构以及公司企业都能安装这种设备,使用起来也更加方便。”

  X射线激光是通过将电子加速到接近光速而产生的。1979年,来自加州大学欧文分校的国际著名物理学家Toshiki Tajima教授等提出通过等离子体波加速电子的理论。但是在当时,在技术上是无法实现的。直到2004年,英国、美国以及法国实验室相继通过高能激光生成了等离子体,并成功实现了等离子体和加速电子。(文/Oscar译)

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