宇宙物理や医療への応用が期待される「レーザー駆動イオン加速」

高強度レーザーでイオンを加速

授業などで使われるレーザーポインタの約1千兆倍もの強さの高強度レーザーを物質に照射すると、物質がプラズマ化してイオンビームや電子ビームなどの放射線が飛び出します。電場や磁場の影響で加速された電子のあとを追ってイオンも加速されるため、この技術は「レーザー駆動イオン加速」と呼ばれます。
これに対して電場を使った従来の加速技術は、かけられる電場に上限があることから、電子に比べて重いイオンを加速するには長い距離が必要で、必然的に加速器が大型化してしまいます。例えば、加速したイオンを照射してがん細胞を殺す粒子線がん治療には100メートル四方ほどの大きな加速器の施設が必要です。レーザー駆動イオン加速の技術を応用して加速器を小型化できれば、より多くの病院で粒子線がん治療ができると期待されます。

プラスチック板でイオンを検出？

加速器を使ったイオン加速の場合、イオンの飛ぶ向きやエネルギーを決定できますが、レーザーを使った加速では、イオンの向きやエネルギーの制御はまだできません。そこでレーザーによるイオンビームの質を向上させるために、飛び出してきたイオンを検出・計測してデータが収集されています。
既存の検出器は電子やX線もとらえてしまうため、イオンだけを検出するのが困難でした。そこで、プラスチック板を使った固体飛跡検出器が着目されました。電子よりもずっと重いイオンがプラスチック板にぶつかると、プラスチックの分子の結合がイオンの通り道に沿って切れます。このプラスチックを溶かせば、イオンがぶつかったところが光学顕微鏡で観察できる穴になり、その穴の形状からイオンの種類やエネルギー、飛んできた向きがわかるのです。

超新星爆発のメカニズム解明のヒントにも

ところで、レーザーでイオンが加速される瞬間のメカニズムは、実は超新星爆発など宇宙空間で粒子が加速されるメカニズムに似ています。そのためイオンビームの計測は、医療だけでなく宇宙物理学の理解にもつながると期待されています。

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神戸大学海洋政策科学部海洋政策科学科海洋基礎科学領域准教授金崎真聡先生

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放射線計測学

メッセージ

高校生のあいだは自分の進むべき道について悩むことが多いでしょう。そのときいろいろな可能性を検討できるように、理系であれば英語、数学、物理、化学などの科目をしっかり勉強しておいてほしいです。また大学の講義は高校の知識があることを前提に進みますから、受験が終わっても高校の学習範囲をきちんと学習しておきましょう。文章を書く練習をしておくことも大切です。例えば練習で推薦入学の自己アピール文などを書いて、学校の先生に添削してもらうだけでも文章はよくなります。本をたくさん読むことも、文章力の向上に必要です。

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