پالس‌های لیزری که از درون فوم نانولوله‌های کربنی گذشته اند، برای شتاب دادن به یون‌ها ایده آل هستند.

ابزارهای فشرده بر مبنای لیزر‏‏‏‎‏‎ْ، روزی می‌توانند جایگزین شتاب‌دهنده‌های یونی بزرگی شوند که برای درمان سرطان یا آزمایش‌های فیزیک هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما طرح‌های ارائه شده که در آن نور لیزر یون‌‌ها را در یک لایه‌ی فلزی شتاب دهد با دستیابی به انرژی‌ها و کیفیت پرتویی که شتاب‌دهنده‌‌های متداول ایجاد می‌کنند‏ فاصله دارد. اکنون گروهی از پژوهشگران به سرپرستی جورج شِرِیبر Jorg Schreiber در دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان در مونیخ نشان داده‌اند که می‌توانند با استفاده از پالس‌های لیرزی که در خلال حرکتشان درون لایه‌ی نازکی از نانولوله‌های کربنی شکل گرفته‌اند، انرژی یون‌‌ها را افزایش دهند.

شتابدهی با لیزر اغلب شامل تاباندن پالس‌های قوی لیزر به لایه‌ای از ورق با ضخامت چند میکرومتر است. این پالس‌ها در ورق، پلاسمای الکترونی تولید می‌کنند که منجر به یک میدان الکترونی شده و یون‌های موجود در نمونه را شتاب می‌دهد. طبق محاسبات، می‌توان انرژی این یون‌‌ها را با استفاده از پالس‌هایی با شیب صعودی تند در لبه ها (در حد چند فمتو ثانیه) افزایش داد. چنین پالس‌هایی، در اثر فشار تابشی، اجازه‌ی شتابدهی موثری را می‌دهند که ایجاد آن به صورت آزمایشگاهی سخت است.

شریبر و همکارانش با به کار بردن یک هدف دو ورقی به این شتابدهی موثر رسیدند. ورق اول، شامل نانولوله‌های کربنی‏، برای تولید پالس‌هایی با شکل بهینه استفاده می‌شود. سپس این پالس در ورق دوم که لایه‌ای از کربن‌های شبه الماس به ضخامت 10 نانومتر است‏، یون‌ها را شتاب می‌دهد. محققان با استفاده از پالس‌های فمتو ثانیه‌ی لیزرِ Astra Gemini در آزمایشگاه راترفورد اَپلتون، دریافتند که فوم‌های نانولوله با ضخامت بهینه، انرژی بیشینه‌ی یون‌های کربن شتاب‌یافته را تا حدود سه برابر، از 80 تا 240 مگاالکترون ولت )Mev( زیاد می‌کند. این افزایش برای پروتون‌ها 1.5 برابر، از 10 تا Mev15 است. چنین یون‌های کربن پرانرژی‌ای به ویژه ممکن است اولین کاربردهای پزشکی شتابدهنده‌های لیزری را مقدور سازد.

این تحقیق در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.

منبع