美国伯克利实验室升级高强度激光系统，可用于癌症放射治疗等研究

2022-12-09 11:03

近期，美国加州伯克利实验室激光加速器（BELLA）中心完成了一次升级，此次升级将该中心的能力扩展到高强度激光科学的新领域。升级后的设施将有利于相关科研团队进一步获取极端等离子体的数据，以及开发出新型癌症治疗方法。

经过两年的安装过程，这次升级创造了一个新的试验区，被称为“相互作用点2”（iP2），它将使用实验室的拍瓦激光提供强烈的质子和离子脉冲。这将建立在该中心在加速电子和低能量质子方面的专业知识的基础上。

“我们正在迎来一个高强度激光实验的新时代，”伯克利实验室加速器技术和应用物理（ATAP）部门主任Cameron Geddes表示，“这是一个伟大的里程碑，它拓宽了该设施的整个科学范围，并为我们的领域提供了可能性。”

据透露，今年早些时候，BELLA已经完成过一次升级，当时是增加了第二条光束线，研究人员计划在那里堆叠激光供电模块，以制造小型高能电子加速器。

BELLA激光系统最初由法国航空国防军工巨头泰雷兹集团（Thales Group）建造，旨在提供持续时间为40飞秒、重复频率为1赫兹的40焦耳激光脉冲，以及10－60太瓦的10赫兹激光系统。该激光架构采用了啁啾脉冲放大方法，在钛蓝宝石晶体的帮助下，来自十几个泵浦激光源的能量会被拉伸、放大和压缩，以产生高功率飞秒脉冲。

BELLA最近的研究包括开发一种方法，以最小的中断或干扰来控制这种高功率激光束的位置和指向角度，其方法是将光束的一小部分转移到平行路径上，并将测量仪器应用于“见证光束”（witness beam）。

FLASH放射治疗癌症

研究人员计划将新的iP2用于一系列研究项目。根据伯克利实验室的说法，第一个项目将探索为FLASH放射治疗创造质子爆发，这种方法是将癌细胞暴露在短时间的强辐射爆发中。

2020年，研究人员使用BELLA的原始相互作用点iP1，在将BELLA的质子应用于培养皿中的薄层细胞时观察到了有希望的结果。他们目前计划使用更高能量的质子来研究在较厚的皮肤和肿瘤组织中的FLASH放射治疗效应。

iP2的安装工作负责人Lieselotte Obst－Huebl表示：“我们正在研究使用这些激光加速质子并进行放射治疗的潜力，不过还需要更高的质子能量才能深入人体。这是一项仍处于起步阶段的基础研究，但有一天它可能会成为我们工具箱中的强大工具。”

BELLA中心还将连接参与到LaserNetUS网络中，这为其他地方的研究人员提供了更多机会。LaserNetUS于2018年由美国能源部创建，汇集了9个机构，旨在使高强度激光器更容易用于科学和工程领域。研究人员现在可以通过LaserNetUS提交相关提案，然后在BELLA中心进行研究，并在这一过程中充分利用iP2新扩展的试验区。